6명의 전문가가 예측하는 2023년 화학 분야의 주요 트렌드
학계와 산업계의 화학자들이 내년에 어떤 소식이 헤드라인을 장식할지 논의합니다.
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마허 엘-카디, 나노테크 에너지 최고기술책임자 겸 캘리포니아 대학교 로스앤젤레스 캠퍼스 전기화학자
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화석 연료에 대한 의존도를 없애고 탄소 배출량을 줄이기 위한 유일한 현실적인 대안은 가정에서 자동차에 이르기까지 모든 것을 전기화하는 것입니다. 지난 몇 년 동안 우리는 더욱 강력한 배터리의 개발 및 제조에 있어 획기적인 발전을 경험했으며, 이는 우리가 출퇴근하고 친구 및 가족을 방문하는 방식을 획기적으로 바꿀 것으로 기대됩니다. 전기 에너지로의 완전한 전환을 위해서는 에너지 밀도, 충전 시간, 안전성, 재활용 및 킬로와트시당 비용 측면에서 더 많은 개선이 필요합니다. 2023년에는 더 많은 화학자와 재료 과학자들이 협력하여 더 많은 전기 자동차를 도로에 보급하는 데 기여하면서 배터리 연구가 더욱 활발해질 것으로 예상됩니다.
클라우스 라크너, 애리조나 주립대학교 탄소 네거티브 배출 센터 소장
출처: 애리조나 주립대학교
“COP27(11월 이집트에서 개최된 국제 환경 회의)에서 1.5°C 기후 목표 달성이 불투명해지면서 탄소 제거의 필요성이 더욱 강조되었습니다. 따라서 2023년에는 직접 공기 포집 기술이 발전할 것으로 예상됩니다. 이러한 기술은 탄소 네거티브 배출을 위한 확장 가능한 접근 방식을 제공하지만, 탄소 폐기물 관리에는 비용이 너무 많이 듭니다. 그러나 직접 공기 포집 기술은 규모보다는 개수를 늘려가는 방식으로 시작할 수 있습니다. 태양광 패널처럼 직접 공기 포집 장치도 대량 생산이 가능합니다. 대량 생산은 비용을 몇 배나 절감할 수 있다는 것이 입증되었습니다. 2023년은 어떤 기술이 대량 생산에 따른 비용 절감 효과를 누릴 수 있을지 가늠할 수 있는 기회가 될 것입니다.”
랄프 마쿼트, 에보니크 인더스트리 최고 혁신 책임자
사진 제공: 에보닉 인더스트리즈
“기후 변화를 막는 것은 중대한 과제입니다. 이를 위해서는 자원 사용량을 획기적으로 줄여야 합니다. 진정한 순환 경제가 필수적입니다. 화학 산업은 혁신적인 소재, 새로운 공정, 그리고 이미 사용된 제품의 재활용을 가능하게 하는 첨가제를 통해 이러한 목표 달성에 기여하고 있습니다. 이러한 기술들은 기계적 재활용 효율을 높이고, 기본적인 열분해를 넘어 의미 있는 화학적 재활용까지 가능하게 합니다. 폐기물을 가치 있는 물질로 바꾸는 데에는 화학 산업의 전문성이 필요합니다. 진정한 순환 과정에서는 폐기물이 재활용되어 새로운 제품의 귀중한 원료가 됩니다. 하지만 우리는 신속하게 움직여야 합니다. 미래의 순환 경제를 실현하기 위해서는 지금 당장 우리의 혁신이 필요합니다.”
사라 E. 오코너, 막스 플랑크 화학생태학 연구소 천연물 생합성 부서 부장
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"'오믹스' 기술은 박테리아, 곰팡이, 식물 및 기타 유기체가 복잡한 천연물을 합성하는 데 사용하는 유전자와 효소를 발견하는 데 사용됩니다. 이러한 유전자와 효소는 종종 화학 공정과 결합하여 수많은 분자를 생산하는 환경 친화적인 생촉매 생산 플랫폼을 개발하는 데 사용될 수 있습니다. 이제 우리는 단일 세포 수준에서 '오믹스' 분석을 수행할 수 있습니다. 저는 단일 세포 전사체학 및 유전체학이 이러한 유전자와 효소를 찾는 속도를 혁신적으로 변화시킬 것이라고 예측합니다. 더욱이, 단일 세포 대사체학이 가능해짐에 따라 개별 세포 내 화학 물질 농도를 측정할 수 있게 되어 세포가 화학 공장으로서 어떻게 기능하는지 훨씬 더 정확하게 파악할 수 있게 되었습니다."
리치몬드 사르퐁, 유기화학자, 캘리포니아 대학교 버클리
사진 제공: 니키 스테파넬리
"머신러닝 기술의 발전으로 유기 분자의 복잡성, 예를 들어 구조적 복잡성과 합성 용이성을 구분하는 방법 등에 대한 이해가 더욱 깊어질 것이며, 이는 반응 최적화 및 예측의 가속화로 이어질 것입니다. 이러한 발전은 화학적 공간을 다양화하는 새로운 사고방식을 제시할 것입니다. 분자 주변부를 변형하는 방법과 분자 골격을 편집하여 분자 중심부를 변화시키는 방법이 그 예입니다. 유기 분자의 중심부는 탄소-탄소, 탄소-질소, 탄소-산소 결합과 같은 강한 결합으로 구성되어 있기 때문에, 특히 변형이 없는 시스템에서 이러한 결합을 기능화하는 방법이 더욱 다양해질 것으로 예상합니다. 광산화환원 촉매 기술의 발전 또한 골격 편집에 새로운 방향을 제시할 것입니다."
앨리슨 웬들랜트, 매사추세츠 공과대학 유기화학자
사진 제공: 저스틴 나이트
“2023년에도 유기화학자들은 극한의 선택성을 추구하는 연구를 지속할 것입니다. 원자 수준의 정밀도를 제공하는 유전자 편집 방법과 거대 분자를 맞춤 제작할 수 있는 새로운 도구들이 더욱 발전할 것으로 예상합니다. 생촉매, 전기화학, 광화학, 그리고 정교한 데이터 과학 도구들이 유기화학 분야에 통합되는 모습에 늘 영감을 받고 있습니다. 이러한 도구들을 활용하는 방법들이 더욱 발전하여 우리가 상상조차 하지 못했던 화학 반응을 가능하게 해 줄 것이라고 기대합니다.”
참고: 모든 답변은 이메일을 통해 보내졌습니다.
게시 시간: 2023년 2월 7일