[기초과학의 시간] ②"아무도 시도 않는 촉매연구 개척”…스승과 다른 길 택해 연구 지평 넓혀

작성일 07-14

<div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> 분자활성 촉매반응연구단 출신 홍승윤 서울대 화학부 교수 
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 <img alt="홍승윤 서울대 화학부 교수가 서울대 연구실에서 자신의 연구와 IBS 시절의 경험에 대해 설명하고 있다. IBS 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202607/14/dongascience/20260714060211105pusv.png" data-org-width="680" dmcf-mid="BRdofSCEio" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img4.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202607/14/dongascience/20260714060211105pusv.png" width="658">
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 홍승윤 서울대 화학부 교수가 서울대 연구실에서 자신의 연구와 IBS 시절의 경험에 대해 설명하고 있다. IBS 제공
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 [편집자주] 오늘날 인공지능(AI)과 반도체, 바이오 기술의 발전은 수십 년 전 시작된 기초과학 연구의 축적 위에서 가능했다. 기초과학은 새로운 지식과 미래 기술의 출발점이지만 성과가 나오기까지 오랜 시간이 걸린다. 2011년 출범한 기초과학연구원(IBS)은 연구자 중심의 장기 연구 지원을 위해 설립된 국가 연구기관이다. 동아사이언스는 IBS 출범 초기 연구단장과 IBS에서 성장해 대학·연구기관의 독립 연구자로 자리 잡은 과학자들을 만나 장기 연구의 성과와 한국 기초과학계에 남긴 변화를 살펴본다.
 "독립 연구자가 되려면 지도교수님의 그늘에서 벗어나야 한다고 생각했습니다. 가장 간단한 방법은 전이금속 연구를 하지 않는 것이었습니다."
 서울대 연구실에서 만난 홍승윤 서울대 화학부 교수는 박사학위를 받은 뒤 스승과 다른 길을 택한 이유를 이렇게 설명했다. 그는 IBS 분자활성 촉매반응연구단을 이끈 장석복 IBS 원장의 제자다. 장 원장은 전이금속 촉매 분야의 세계적 권위자이고 홍 교수 역시 KAIST 박사과정과 IBS 펠로우 시절 내내 전이금속 촉매 반응을 연구했다. 
 하지만 독립 연구자의 길에 들어서며 스승과는 다른 연구 주제를 선택했다. 장 원장의 주력 분야였던 전이금속 촉매 연구를 이어가기보다 새로운 연구 영역을 개척하기로 한 것이다. 
 홍 교수가 선택한 분야는 전형원소(주족원소)를 활용한 촉매 반응 연구다. 전형원소는 주기율표 가운데에 있는 전이금속과 달리 양쪽에 위치한 원소들로 자연에 풍부하지만 전자를 유연하게 주고받기 어려워 촉매로 활용하는 데 한계가 있다. 홍 교수는 "어려운 연구였기 때문에 사람들이 시도하지 않았고 그래서 오히려 해볼 만하다고 생각했다"고 말했다. 
 홍 교수가 전형원소 촉매 연구를 구체화하는 데 결정적인 실마리가 된 것은 IBS 펠로우 시절의 우연한 관찰이다. 탄소 하나에 전형원소 중 하나인 아이오딘 네 개가 결합한 화합물에서 일반적인 화학 이론으로 설명하기 어려운 색 변화가 나타난 것이다. 
 홍 교수는 "색이 변하는 원리와 촉매 반응성을 조절하는 원리가 본질적으로 같다"며 "이 원리를 새로운 전형원소 촉매 설계에 활용할 수 있겠다는 생각이 들었다"고 말했다.
 홍 교수의 아이디어는 여러 전형원소를 분자 안에 가깝게 배치해 하나의 원소만으로는 만들 수 없는 원자간의 상호작용을 통해 새로운 반응성을 구현하는 것이다. 전이금속에 의존하지 않고도 새로운 촉매를 만들 수 있다는 발상이다.
 ● "10년 안에 나를 넘어설 제자"... 답습 대신 개척 택했다
 장석복 원장은 홍 교수를 두고 "10년 안에 나를 넘어설 제자"라고 평가한 바 있다. 이에 대해 홍 교수는 "굉장히 과분한 말씀이고 큰 책임감을 느낀다"고 말했다.
 홍 교수는 장 원장의 평가를 자신만의 연구 분야를 만들려는 노력을 계속하라는 격려로 받아들이고 있다. 장 원장이 연구실에서 늘 강조했던 것도 단순히 논문을 많이 쓰는 것보다 스스로 질문을 찾는 연구자의 자세였기 때문이다. 
 실제로 독립 연구자의 시작은 순탄하지 않았다. 서울대 임용 후 연구실을 꾸린 초기 1~2년 동안 논문이 한 편도 나오지 않았다. 그럼에도 연구 방향을 바꾸지는 않았다. 3년 차에 접어들면서 자신이 던진 질문이 조금씩 연구 성과로 이어지기 시작했다.
 홍 교수는 자신의 연구실을 운영하며 세 가지 원칙을 세웠다. 유행하는 연구를 답습하지 않는다, 남들이 하는 연구를 따라 하거나 변형하는 데 그치지 않는다, 내가 가진 질문에 답할 수 있는 연구를 한다는 것이다. 그는 이 원칙들이 장석복 원장과 함께 연구하며 배운 철학이라고 말했다.
 홍 교수는 "원장님께서 항상 강조하신 건 본인만의 것을 추구하라는 것이었다"며 "남들이 하지 않는 제 질문을 찾아 오래 걸리더라도 그 길을 가보고 싶었다"고 말했다.
 그는 “트렌드에 뒤쳐지지 않는 것도 중요하지만 노벨상이 새로운 분야의 문을 연 사람에게 돌아가듯이 연구에서도 자신만의 질문을 갖는 것이 중요하다고 생각한다”며 "유행을 계속 좇다 보면 그 흐름을 만든 사람이 던진 질문을 제가 풀고 있는 셈" 이라고 말했다.
 압박이 없었던 것은 아니다. 홍 교수는 "누구나 연구를 잘하고 싶고 스스로 세운 기준이 있기 때문에 그 기준에 도달하지 못하는 게 가장 큰 스트레스"라며 "연구는 30년 이상 이어가야 하는 긴 마라톤이라고 생각했고 그 끝에 내가 어떤 모습으로 서 있을지 떠올리며 버텼다"고 말했다.
 ●"자기 질문을 할 수 있는 연구 환경 필요" 
 홍 교수는 자신만의 질문을 오래 붙잡는 연구를 위해서는 이를 뒷받침하는 환경도 필요하다고 설명했다.
 그는 "젊은 연구자들은 연구비가 있어야 연구를 할 수 있기 때문에 어쩔 수 없이 지원이 집중되는 분야를 따라가게 되고 그 과정에서 자신이 본래 품었던 연구를 시작조차 하지 못하게 되는 경우가 생긴다"고 말했다.
 또 "6개월 앞도 예측하기 어려운 것이 연구인데 3~5년 뒤 마일스톤을 미리 정해놓고 평가하는 방식에는 한계가 있다"며 "근본적인 질문을 풀려는 연구자들에게도 지속적인 기회가 있으면 좋겠다"고 말했다. 일본에서 꾸준히 노벨상 수상자가 나오는 배경 중 하나도 기초적인 질문을 장기간 이어갈 수 있는 연구 환경이라고 설명했다.
 홍 교수는 IBS를 "장기적인 관점에서 도전적인 연구를 할 수 있는 우리나라의 거의 유일한 시스템"이라고 평가했다.
 그는 "이 정도 규모의 연구비를 받을 수 있는 곳은 많지 않다"며 "저 역시 그 혜택을 가장 많이 받은 사람 중 한 명이고 덕분에 하고 싶은 연구를 마음껏 할 수 있었다"고 말했다. 연구비 제약에 얽매이지 않고 독자적인 분자를 만들고 새로운 반응성을 탐색할 수 있었던 경험이 지금 연구의 밑거름이 됐다고 한다.
 다만 아쉬운 점도 있다고 했다. 홍 교수는 "재정이 한정돼 있다 보니 결국 일부 뛰어난 연구자들에게 지원이 집중될 수밖에 없다"고 말했다. 그러면서도 "더 많은 연구자가 장기적이고 도전적인 연구 기회를 누릴 수 있으면 좋겠다"고 덧붙였다. 
 홍 교수는 IBS가 한국 기초과학계에 남긴 가장 큰 변화로 '기준'을 꼽았다.
 그는 "IBS는 우리나라에서도 세계적으로 인정받는 최고 수준의 연구가 가능하다는 것을 보여준 계기"라며 "젊은 연구자들은 IBS 단장들이 쌓아온 연구 수준과 명성을 넘어서는 것을 하나의 목표로 삼게 됐다"고 말했다.
 10년 뒤 연구 목표를 묻자 그는 자연에 풍부한 전형원소의 가능성을 이야기했다. 홍 교수는 "전이금속은 한정된 자원이지만 전형원소는 돌에도 있을 정도로 풍부하다"며 "지금까지 활용되지 못했던 전형원소로 전이금속에 버금가는 반응성과 촉매 기능을 구현하고 싶다"고 말했다.
 이어 "원소의 주기성이라는 기존 틀에서 벗어난 새로운 반응성과 원리를 발견해 그동안 주목받지 못했던 원소들을 활용하고 궁극적으로는 지속가능성과 에너지 같은 사회 문제 해결에도 기여하는 연구를 하고 싶다"고 덧붙였다.
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 <img alt="홍승윤 서울대 화학부 교수(왼쪽)가 예쓰-오일 우수학위논문상을 받고 지도교수인 장석복 IBS 원장(오른쪽)과 함께 섰다. 홍 교수는 스승에게서 받은 영향이 지금 자신의 연구 철학을 이뤘다고 말한다. 홍승윤 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202607/14/dongascience/20260714060212453byqf.png" data-org-width="680" dmcf-mid="b5WpvMPKiL" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img2.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202607/14/dongascience/20260714060212453byqf.png" width="658">
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 홍승윤 서울대 화학부 교수(왼쪽)가 예쓰-오일 우수학위논문상을 받고 지도교수인 장석복 IBS 원장(오른쪽)과 함께 섰다. 홍 교수는 스승에게서 받은 영향이 지금 자신의 연구 철학을 이뤘다고 말한다. 홍승윤 제공
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 다음은 홍 교수와의 일문일답. 
 Q. 장석복 원장 연구실에 들어가게 된 계기가 궁금하다.
 "처음에는 장석복 원장님이 어떤 분인지 잘 몰랐다. KAIST는 무학과제라 2학년 때 전공을 선택한다. 저는 처음에 생명화학공학과에서 시작했다. 한 학기를 해보니 공학이라는 분야가 저와는 잘 맞지 않는다고 생각해 화학과로 전과했다. 이미 들은 과목들이 아까워 생명화학공학과는 복수전공했다.
 화학과에서 시작하지 않았던터라 원장님이 어떤 연구를 하시는지도 정확히 몰랐다. 연구 역량이 대단하다는 이야기만 듣고 친한 선배의 추천으로 4학년 여름방학에 처음 연구실 문을 두드렸다. 수업 한 번 들어본 적 없이 말 그대로 친구 따라 강남 간 셈이었다. 그런데 막상 가보니 연구도, 분위기도, 무엇보다 원장님의 철학에서 배울 점이 많다고 느꼈다. 다른 연구실은 보지도 않고 바로 대학원 진학을 결정했다.”
 Q. 처음부터 연구를 잘했던 학생은 아니었다고 들었다.
 "연구실에서는 이른바 문제 학생에 가까웠다. KAIST 학부생 연구 참여 프로그램에도 지원했다 떨어졌고 유기금속화학에 대한 배경지식도 거의 없었다. 그럼에도 원장님은 독립적으로 연구할 기회를 주셨다. 당시 사수가 될 예정이던 선배가 박사후연구원 과정으로 미국 하버드대로 떠나면서 사실상 사수 없이 첫 프로젝트를 시작하게 됐다. 초반에는 시행착오도 많았고 원장님께 혼나기 일쑤였다."
 Q. 장석복 원장에게 직접 지도를 받으며 가장 기억에 남는 순간은 무엇인가.
 "첫 논문을 쓸 때였다. 4쪽 정도의 짧은 논문이었는데 거의 2주 동안 매일 원장님 방에 들어갔다. 문장 하나, 논리 하나를 함께 고쳤다. 지금 생각하면 원장님 혼자 하셨다면 반나절이면 끝났을 일이다. 그런데 학생 교육을 위해 그만큼 시간을 내주신 것이다. 당시에는 왜 이렇게까지 하시나 싶었는데 돌이켜보면 그때 연구자로서 한 단계 성장한 것 같다."
 Q. 연구실에서 가장 인상 깊었던 문화는 무엇이었나.
 "자율성이었다. 정해진 출퇴근 시간이 없었는데도 다들 연구를 굉장히 몰입했다. 누가 시켜서 하는 분위기가 아니라 연구가 재미있어서 스스로 하는 분위기였다. 원장님은 늘 연구는 실패의 연속이라고 말씀하셨다. 한 달에 한 번 성공하면 많이 성공한 것이라고 할 정도였다. 그 실패를 견디려면 연구 자체가 재미있어야 한다는 것이 원장님의 철학이었다. 돌이켜보면 연구를 즐길 수 있게 만드는 문화가 연구실 전체에 자리 잡고 있었던 것 같다."
 Q. 계산화학의 중요성을 일찍부터 강조했다고 들었다.
 "제가 대학원에 들어간 2015년만 해도 유기화학과 계산화학을 동시에 하는 연구자는 많지 않았다. 그런데 원장님은 제가 연구실에 들어왔을 때부터 계산화학을 배워보라고 하셨다. 당시에는 왜 그렇게까지 강조하시는지 잘 몰랐다. 연구는 실패의 연속인데 실험만 반복해서는 돌파구를 찾기 어려운 경우가 많다. 원장님은 그 중요성을 일찍부터 보고 계셨던 것 같다."
 Q. 실제 연구에는 어떤 도움이 됐나.
 "촉매 반응은 중간 과정이 워낙 복잡해 시작과 끝만 실험적으로 확인할 수 있는 경우가 많다. 그 중간 과정을 이해하려면 수많은 시간과 노력이 필요하다. 계산화학을 활용하면 분자 수준에서 일어나는 변화를 들여다보고 그것이 반응 속도와 선택성에 어떤 영향을 미치는지 훨씬 빠르게 파악할 수 있다.
 실제로 1년 가까이 풀리지 않던 문제가 있었다. 계산화학을 익히고 시뮬레이션 결과를 본 뒤에는 2~3주 만에 해결됐다. 왜 실패하는지 이해하지 못한 채 비슷한 실험만 반복하던 상태에서 벗어나는 계기가 됐다."
 Q. 교수가 된 뒤 국제 무대에서 장석복 원장의 위상을 실감한 적이 있나.
 "요즘 들어 더 자주 느끼고 있다. IBS에 있을 때는 오히려 잘 몰랐다. 늘 곁에 계셨기 때문이다. 그런데 교수가 된 뒤 국제 무대에 나가보니 장석복 원장님을 모르는 연구자가 거의 없었다. 한국 연구자 한 명을 이 분야 전세계 연구자들이 다 안다는 것은 굉장히 드문 일이다. 원장님 연구실 출신이라고 하면 다들 반가워한다. 원장님 연구의 열렬한 팬이 많아 마치 해리포터 같은 장편 소설의 다음 편을 기다리듯 후속 연구를 기다리고 직접 만나보고 싶어 하는 사람도 있다."
 Q. 그런 기대가 부담으로 다가오지는 않나.
 "부담도 있다. 교수가 되고 나서야 굉장히 큰 울타리 안에 있었다는 걸 알게 됐다. 많은 연구자가 제가 어떤 연구실 출신인지, 어떤 연구를 했는지 이미 알고 있다. 감사한 일이지만 한편으로는 과연 저도 원장님처럼 할 수 있을까 하는 생각도 든다. 그래도 원장님이 강조하셨던 것처럼 남을 따라가기보다 내 질문을 찾으려고 한다. 결국 그것이 원장님에게 배운 가장 중요한 가치라고 생각한다."
 [ gahyun@donga.com]
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