▲ 국가핵융합연구소 플라즈마기술연구센터 유석재 센터장

제4의 물질 ‘플라즈마’, 미래 핵심기술로 주목
우리가 일반적으로 알고 있는 물질의 형태는 고체와 액체, 기체의 3가지이다. 그러나 기체에 더욱 높은 열을 가하게 되면 우리가 지금껏 알지 못했던 물질의 4번째 형태, ‘플라즈마(Plasma)’로 변하게 된다. 1920년대 방전관 실험에서 최초로 그 존재가 알려진 플라즈마는 초고온에서 이온화된 가스 상태로 우주의 99% 이상을 차지하고 있으며, 태양에너지와 같은 핵융합 반응을 일으켜 엄청난 에너지를 발생시키기도 한다. 이에 세계 각국에서는 이러한 현상을 인공적으로 발생시켜 차세대 녹색에너지원으로 활용하거나 산업 전반에 접목시키고자 연구를 거듭하고 있으며, 국내의 경우 ‘국가핵융합연구소 플라즈마기술연구센터’가 플라즈마 기술연구의 거점 및 선도연구기관 역할을 수행하고 있다.
플라즈마기술연구센터에서는 크게 3가지 분야의 연구를 추진하고 있다. 먼저 ‘플라즈마 기반기술’ 분야는 플라즈마 원천기술 및 융복합기술 개발에 필요한 뿌리 기술로서 플라즈마 물성 DB 및 빅데이터 해석, 플라즈마 모델링 및 시뮬레이션, 플라즈마 특성 평가 기술에 주력하고 있다. ‘플라즈마 원천기술’ 분야에서는 신개념의 혁신적인 플라즈마기술 수요에 대응하여 신기술 창출형 플라즈마 발생원 및 기술한계 돌파형 플라즈마 발생원 등의 연구와 국가 성장 동력에 필요한 원천연구 역량강화에 심혈을 기울이고 있으며, 마지막으로 ‘플라즈마 융복합기술’ 분야에서는 첨단산업발전에 부응하고 에너지 및 환경 문제를 해소하고자 반도체·디스플레이·에너지·환경·신소재·의료·농업·식품 등의 다양한 산업 분야에 플라즈마기술을 활용하기 위한 융복합 응용기술 개발을 추진하고 있다. 특히, 플라즈마기술의 농식품 분야 활용, 폐기물 처리 및 수질 개선 등과 같은 환경 분야 활용, 반도체 공정 진단 분야 등에 많은 노력을 쏟고 있으며, 최근에는 ‘플라즈마 농업(Plasma Farming) 융합기술’ 분야에서 주목할 만한 성과를 창출하는 등 국내외 연구개발을 주도하고 있기도 하다. 유석재 센터장은 “그간 국내 플라즈마 기술연구는 반도체와 디스플레이, 자동차, 신소재 산업 등에서의 산업적 요구가 컸음에도, 몇몇 소수 연구자로 구성된 연구그룹들에 의해 산발적으로 이뤄지거나, 이윤 창출이 어려워 기업에서도 기피해왔던 탓에 경쟁력이 부족해지는 한계를 갖고 있었습니다. 그러나 센터 설립 이후 플라즈마 기반기술을 체계적으로 정립하는 동시에 명확한 연구 방향성을 수립할 수 있었으며, 여러 연구자들에 의한 일사분란하고 단합된 연구가 가능해졌다는 점에서 향후 국내 플라즈마기술 기반의 산업 경쟁력을 더욱 강화시킬 수 있으리라 기대하고 있습니다”라고 밝혔다.

“플라즈마기술의 상용화 연구, 풍요롭고 건강한 미래를 열어가겠습니다”
플라즈마가 미래 기술의 핵심으로 주목받는 까닭은 반도체부터 항공우주, 환경, 농식품 산업에 이르기까지 그 응용분야가 매우 넓다는 특징을 갖기 때문이다. 최첨단 우주 추진체 등 미래 신기술의 발전 뿐 아니라, 폐기물 발생이 거의 없는 친환경기술이라는 점에서 미래 환경 분야의 중추 기술로도 꼽힌다. 이에 센터에서는 다양한 플라즈마 응용기술을 개발하기 위한 기반 기술 연구와 함께, 보다 활용도를 높일 수 있는 방식의 플라즈마 발생원 개발에 심혈을 기울이고 있다. 중성입자빔 발생원, 대기압 플라즈마 발생원 등이 바로 그 대표적인 기술이며, 별도의 진공장치가 필요하지 않아 투자비용 절감과 생산량 증대가 가능한 ‘대기압 플라즈마’의 경우 대형 LCD TV, PDP TV 등의 분야에 이미 활용되고 있다. 또한, 최근에는 마이크로파를 이용한 플라즈마 발생법인 ‘ECR플라즈마기술’을 활용하여 고품질 대형 디스플레이를 제작할 수 있는 차세대 디스플레이 증착장치 활용기술을 개발, 국내 기업에 이전하기도 했다. 
아울러 센터에서는 오는 2019년 완공을 목표로 건설하고 있는 ‘복합연구동’을 통해 상용화 기술 개발에 대한 연구범위 확대와 보다 실질적이고 효과적인 기업 지원, 궁극적으로는 개발된 기술의 원활한 시장 진입을 도모함으로써 제2의 도약기를 펼쳐나갈 계획이다. 유 센터장은 “센터에서는 최근 전북도 내의 ‘거시적 농식품 클러스터’를 구상하고 있습니다. 즉, 김제 중심의 ‘생산’과 익산 중심의 ‘식품 가공’에 이어, 군산 새만금 중심의 ‘저장’으로 이어지는 농식품 클러스터를 완성하고자 플라즈마기술을 접목한 새로운 형태의 저장기술을 만들어나갈 계획입니다”라며, 이러한 기술 개발이 국내 농업의 질적 고부가가치화를 통한 경쟁력 강화와 함께, 풍성하고 건강한 식탁을 원하는 국민들의 수요를 충족시킬 수 있으리라 기대한다고 밝혔다.
이에 덧붙여 유 센터장은 “최근 많은 중소기업들이 플라즈마기술 도입에 대한 관심을 갖고 있으나, 이에 대응할 인력의 확보는 매우 어려운 상태입니다. 또한, 전북도 내에서 플라즈마기술을 활용할 기업을 찾기가 어려워 산·연 공동연구개발에 난항을 겪고 있으며, 센터가 소재한 지역이 연구개발특구로 지정되어 있지 않아 플라즈마기술기반의 창업 및 연구소 기업의 활성화가 상당히 어려운 상태에 있습니다”라며 국민들의 관심과 정부 및 지자체의 적극적인 지원을 당부했다. 플라즈마기술은 기술의 융합과 복합, 사람의 화합에 의해 실용적 가치를 만들어내는 미래 지향적 기술이다. 사람과 기술을 기반으로 플라즈마기술 연구에 열정을 쏟고 있는 플라즈마기술연구센터가 세계를 선도하는 플라즈마기술 전문기관으로 도약하길 기대한다.

“Pushing forward advancement of plasma technology in Korea”  
Yoo Suk Jae, Director of Plasma Technology Research Center of National Fusion Research Institute

We learned at school that things exist in three forms of matter state: solid, liquid, and gas. However, if we heat up the gas, we can get the fourth state of matter called ‘plasma’. The plasma was first scientifically discovered at a discharge tube test in 1920. It is the ionized gas in ultra-high temperature and it creates nuclear fusion reaction in the sun. Many of research centers in the world are trying to artificially create plasmas in order to turn it to next generation green energy and apply it to industry. The Plasma Technology Research Center in Korea also is pushing forward the passion on three research areas: ‘Plasma Basic Technology’, ‘Plasma Fundamental Technology’, and ‘Plasma Convergence Technology’. The first is focused on property of matter/DB/big data interpretation, plasma modeling/simulation and plasma characteristics. The second is focused on creation of plasma sources and technical advance. The third is focused on application to semiconductor, display, energy, environment, new materials, medicine, agriculture and food. The center especially has drawn a substantial result in the ‘plasma farming’ area. Director Yoo said “The research on plasma has been usually unsystematically carried out by only some small-sized research groups but not by industry due to the reason that it may be made somewhat economically not feasible. For this, we have established a more effective research system and built a research direction based on which we will bring better and advanced results to the field.” The plasma technology is regarded by many experts as one of the promising future eco-friendly technologies that can be used in many industries“Currently, we are working on new type of plasma-driven agricultural product storage technology that can complete our ‘Agricultural Products Cluster Plan’. It will organically connect Gimje (production), Iksan (processing), and Gunsan (Saemangeum) in near future when completed.” However, there is lack of manpower and related businesses especially in North Jeolla Province which causes a great difficulty in the collaboration of the research center with industry and university. Also, the area where the center is located is not yet designated as a R&D-specialized zone which is needed for activation of local research centers and subsequent startups, according to Yoo. Nevertheless, Yoo and his team are determined to do their utmost effort in making contribution to the development of the plasma industry in Korea and they see the year 2018 as positive. 

Note: <Power Korea> “rewrites” the Korean article in English “concisely” for native English speakers and staff of foreign missions in Korea.