국내 연구진이 촉매 개발 실험과 관련한 전주기 공정(촉매 합성·분석·반응)을 자동화하는 스마트 실험실을 구축, 촉매 연구를 위한 새로운 지평을 열었다.

한국에너지기술연구원 탄소전환연구실 윤민혜 박사 연구진은 기존 촉매 연구의 문제점을 해결하기 위해 무인화 자동화, 데이터 자동수집과 데이터 베이스화에 집중, 촉매 구조 분석부터 샘플링, 생성물 분석 및 일련의 데이터 수집과 보관까지를 모두 자동으로 구현하는 스마트 실험실 기반을 구축하는데 성공했다.

연구진은 우선 실험실의 무인, 자동화를 위해 XRD 분석 자동화 및 자율분석시스템을 구축했다.

XRD 분석장비는 촉매 구조를 분석하는 장비로 사용연한이 오래된 XRD 장비에도 적용이 가능해 신규 장비 도입 없이도 활용할 수 있어 상용화에 유리하며, 24시간 무인운전과 자동분석 기능을 포함하고 있어 연구인력의 단순반복 업무를 줄이면서도 생산성을 높일 수 있다는 특성을 지니고 있다.

연구진은 고온고압반응기 자동샘플링 시스템도 개발했는데 이 시스템은 합성연료를 만드는 실험 중 가장 난이도가 높은 샘플링 작업을 자동화한 것으로 고온고압으로 인한 화상과 질식 등 위험요인을 제거해 안정적이고 안전한 실험환경을 조성할 수 있다.

또 무인 환경에서도 연속적인 샘플링이 가능해 휴일과 야간근무를 대체할 수 있어 효율적 운영이 가능케 했다.

이밖에도 연구진은 자동화로 축적된 분석과 평가 데이터를 샘플 OR관리 프로그램(데이터베이스 웹 플랫폼)을 통해 유기적으로 관리함으로써 전반적인 촉매 연구의 신뢰성과 효율성을 향상시켰다.

이렇게 축적된 데이터는 자동수집과 가공을 거쳐 DB화되고, 실시간으로 시각화할 수 있는 ‘데이터 자동수집-변환시스템’을 통해 원하는 방식으로 보관할 수 있다.

연구진은 보관된 데이터를 향후 인공지능에 학습시켜 활용성을 더욱 높일 계획이다.

연구 책임자인 윤민혜 박사는 “기존의 자율주행 실험실이 로봇을 통해 단순 반복업무의 자동화에 중점을 뒀다면 이번 연구를 통해 구축된 스마트 실험실은 어렵고 위험한 실험환경을 개선함과 동시에 데이터 자동수집 및 DB화 등 실험 전 분야의 데이터를 효과적으로 관리할 수 있는 시스템으로 인공지능을 활용할 수 있는 연구기반을 마련한 성과”라며, “더 나아가 실험실의 디지털트윈을 구현해 연구현장의 혁신을 선도하고, 기후위기 대응 기술개발에도 크게 기여할 수 있을 것”이라고 밝혔다.