유기촉매 반응으로 기후변화 문제 해결의 문을 열다

Robert R. Selle
2024년 10월 22일
4분 분량

최종 수정일: 5월 16일

노벨상 수상자 데이비드 맥밀런, 혁명적인 변화의 새 지평을 예견하다

원문 링크: https://www.theearthandi.org/post/we-re-one-catalytic-reaction-away-from-solving-climate-change

프린스턴 대학교 프릭 연구소에서 열린 2024년 뉴저지 고등학교 STEM(과학 기술 공학 수학) 모범생들을 위한 콘퍼런스에서 데이비드 맥밀런은 고등학생들이 가까이에서 볼 수 있도록 자신의 노벨상 메달을 가져왔다. ©웬디 플럼프Wendy Plump

2021년 노벨 화학상 공동 수상자이자 프린스턴 대학교 교수인 데이비드 맥밀런은 "우리는 기후 변화 해결을 위한 촉매 반응 하나만 남겨두고 있다."고 말한다.

그의 열정의 원천은 호기성 탄소의 광물화를 촉매하여 이산화탄소(CO₂)를 석회암으로 알려진 탄산염 암석으로 바꾸는 과정이다**.

지적 관대함: 과학적 혁신의 원동력

올해 56세인 스코틀랜드의 화학자에게 과학은 흥분, 호기심, 위험 감수, 창의적 사고에 관한 것이며, 또한 집단 사고를 최대한 피하는 것이다. 더 근본적으로 과학은 감사와 발견에 대한 공유를 의미하는데, 이러한 가치가 없다면 과학은 고립되고 이기적일 것이기 때문이다.

"맥밀런은 "과학자는 다른 사람들과 함께 있어야 하고, 다른 과학자들과 주고받으며 공유해야 하므로 관대함이 정말 중요하다"고 강조했다. 그러지 않으면 커리어에 큰 타격을 입을 수 있다고 그는 경고한다.

그는 영적인 의미는 아니지만 업보를 믿는다. "나는 관대한 사람은 세상이 그 관대함을 알고 5배로 되돌려준다고 믿는다. 과학자로서 관대해지는 것은 매우 중요한 특성이다."

맥밀런과 그의 아내는 노벨상 상금 중 일부(약 50만 달러)를 사용하여 평생을 지원해준 부모님을 기리기 위해 '메이 앤 빌리 맥밀런 자선기금'을 설립했다.

맥밀런과 그의 아내는 노벨상 상금 중 일부(약 50만 달러)로 평생을 지원해준 부모를 기리고자 '메이 앤 빌리 맥밀런 자선기금'을 설립해 감사의 뜻을 실천했다. 맥밀런의 아내는 한국계인 김지인 맥밀런으로, 화학자이자 제약업체 컨설턴트로 신약 개발에 종사하고 있다. 두 사람 사이에는 세 딸이 있다.

데이비드 맥밀런과 그의 아내 지인 킴 맥밀런, 그리고 세 딸. ©Corinne Strauss

노벨상 수상자는 "부모님은 우리에게 기회를 주는 데 큰 관심을 기울였다."며 "부모님은 교육에 관심이 많으셨고, 더 나은 사람이 될 수 있도록 모든 것을 내어주셨다. 그래서 나와 내 형제자매를 위해 해 주신 일을 기릴 좋은 방법을 찾고자 했다."고 말했다.

이 재단은 재정적으로 취약한 스코틀랜드 학생들에게 교육 기회를 제공한다. 매년 스코틀랜드에서 한 프로그램을 선정하여 일회성 보조금을 지원한다. 첫 번째 수혜자는 글래스고 대학교로, 맥밀런이 자신의 진로에 도움을 준 것에 대한 감사와 "소외 계층 청소년들이 대학에 진학하고 그곳에 머물 수 있도록 돕는 훌륭한 프로그램을 갖추고 있다"는 점을 높이 평가하여 선정했다.

맥밀런은 "나는 또한 환원하는 것이 매우 중요하다고 생각한다."며 "나와 같은 사람들을 위해 기회를 만들어 준 많은 선배들이 있었다. 따라서 앞으로도 같은 일을 할 수 있는 기회를 얻는 것이 중요하다."고 말했다.

이 과학자는 글래스고에서 약 10마일 떨어진 탄광 지역의 거대한 제철소 두 곳 사이에 위치한 벨실이라는 소도시 옆에 있는 작은 마을 뉴스티븐스턴이라는 마을 출신이다. 그의 아버지는 철강 노동자였고 어머니는 가정부였으며, 그는 연립주택 단지의 정부 주택에서 자랐다.

그의 형 이언은 대학에 진학한 사람으로, 부모님의 반대를 무릅쓰고 가족 중 처음으로 대학에 진학했다. 하지만 졸업 후 첫 직장에 취직한 이언은 아버지보다 더 많은 수입을 올리자, 학부 공부의 매력에 푹 빠져 동생 데이비드를 대학에 진학시켰다. 이 과학자는 형이 자신의 인생에 영감을 주었다고 말한다.

'당신에게 흥미가 있는 것을 연구하라'

화학을 비롯한 모든 과학 분야에 막 입문한 사람에게 맥밀런은 "샘플을 만들어보고 어떤 것이 자신에게 맞는지 확인하라"고 조언한다.

"대학생이든 고등학생이든 상관없이 '이 일이 정말 마음에 든다'고 생각되면 실험실에서 그 일을 하는 사람을 찾아보라."

"둘째, 대학생이든 고등학생이든 상관없이 '이 일이 정말 마음에 든다'고 생각되면 연구실에서 그 일을 하는 사람을 찾아보라. 그리고 그 연구실에 들어가서 여름방학 동안 파트타임으로 일하고 싶다고 간청하거나 기도해보라. 그런 다음에도 여전히 '이거 재미있다. 나는 과학을 정말 좋아한다'는 생각이 든다면 몰입해서 자신을 던져 보라."고 맥밀런은 말한다.

데이비드 맥밀런(맨 왼쪽)이 프린스턴의 프릭 연구소에서 사이언스 논문의 공동 저자로 참여한 연구팀원들과 함께 서 있는 모습. ©C. 토드 라이하트

1980년대 글래스고 대학교에서 물리학을 공부하던 1학년 시절, 맥밀런은 여러 번 자퇴할 뻔했다. 다양한 일자리를 찾아 취업하려 했지만 면접에 능숙하지 않아 일자리를 구하지 못했다.

그러나 대학 2학년 때, "내가 유기화학을 찾은 것이 아니라 유기화학이 나를 찾았다"고 한다. 그는 한 시간 수업을 위해 한 시간을 갔다가 다시 한 시간 동안 집으로 돌아와야 했고, 그동안 낡은 유기화학 교과서를 읽고 또 읽었다. 그 결과 그는 수업 내용을 훨씬 앞질렀고 유기 분자가 나노 단위에서 어떻게 결합하는지 확실히 이해하게 되었다.

그는 화학은 자연스럽고 즐거운 경험이 될 수 있다고 느꼈다. "그렇게 하는 데에 재미가 있었고, 유기 화학은 내게 그런 느낌이었다."

과학의 정설에 의문 제기하기

노벨상 수상자는2000년 이전 금속 촉매에 대한 사고방식을 놓고 다음과 같이 말했다. "이 한 분야에서 화학이 작동하는 방식은 모두가 이런 식으로 하고 있는데, [하지만] 말이 되나? 일부는 말이 되지만 일부는 우리가 이 기괴한 [금속 촉매] 방식으로 하는 것이 이상해 보였다. 그래서 다른 방법이 없을까 하는 의문을 갖기 시작했다. 다른 방법은 없을까? 그리고 그때부터 완전히 다른 방향으로 나아가야겠다는 생각을 하기 시작했다."

돈줄을 쥐고 있는 사람들, 즉 여러 재단과 정부 기관의 연구 제안서 검토자들은 종종 화학의 정설로 인해 제약을 받는다.

그는 또한 기부자의 지원 없이는 과학적 발전이 없다고 지적했다. 그러나 연구비를 결정하는 사람들, 즉 여러 재단과 정부 기관의 연구 제안서 검토자들은 종종 화학의 정설로 인해 제약을 받는다.

맥밀런은 "연구비 지원 기관은 훌륭하지만, 그 기관의 심사자들은 우리가 이미 알고 있는 것을 바탕으로 심사하는 경우가 많기 때문에 때때로 어려움을 초래한다."면서 "때때로 젊은 [연구자]들은 우리가 이미 알고 있는 것과는 전혀 다른 방향으로 가기를 원한다. ... 그래서 우리는 더 특이하거나 위험도가 높은 것보다는 '말이 되는' 일을 한다."고 말한다.

'유레카'의 순간

맥밀런이 유기 촉매 분야에서 '유레카'를 느낀 순간은 1998년 버클리 캘리포니아 대학교 조교수 1년차 때였다. 그의 연구실 1년차 대학원생 트리스탄 램버트가 특정 유기화학 반응에 대해 간단한 질문을 던졌다.

맥밀런은 "나는 이사회에서의 질문에 대한 답을 구상하고 있었는데, 바로 그때 아이디어가 떠올랐다."며 "그러나 너무 단순해 보여서 절대 성공할 수 없을 거라고 생각했다. 하지만 그날 오후 테스트해서 그날 오후에 성공했다!"고 말했다.

맥밀런은 단순하고 값싼 유기 분자가 값비싼 독성 금속과 동일한 분자 수준의 분해와 결합 과정에 촉매 기능을 수행할 수 있다는 사실을 발견했다. 유기촉매학이 탄생한 것이다.

그는 사람들로부터 종종 유기촉매 다음의 큰 발전이 무엇이 될 것인지에 대한 질문을 받으면 "전혀 모르겠다"고 답한다. 그러면서도 "하지만... 누가 가장 많은 돈을 가지고 있느냐에 따라 결정되지는 않을 것이다. 누가 가장 좋은 아이디어를 가지고 있느냐에 따라 결정될 것이다."라고 말한다.

** 맥밀런은 지각(땅껍질)에 존재하는 엄청난 양의 알칼리 금속염이 천천히 CO2를 흡수하여 탄산염을 생성한다고 지적한다. 그러나 이것은 굉장히 느리게 진행된다.

"따라서 촉매를 통해 이 과정을 가속화할 수 있다면 세계에서 가장 중요한 화학 반응이 될 것이다."라고 그는 말했다.

(유기 촉매와 맥밀런의 혁신에 대한 자세한 내용은 데이비드 맥밀런의 "촉매가 우리 세상을 뒤흔드는 방법"과 "화학 촉매의 혁신이 미래를 혁신한다"에서 확인할 수 있다.)