올해 화학상 日·濠·美 무기화학자 수상
日, 생리의학상 이어 또 수상자 배출
캘리포니아大, 물리학상 싹쓸이에 화학상까지
탄소 포집, 수소 저장, 물 공급 등 다양한 활용

2024년 노벨 화학상은 새로운 형태의 분자 구조를 연구·개발한 일본, 호주, 미국의 무기(無機) 화학자들에게 돌아갔다.

스웨덴 왕립과학아카데미 노벨 위원회는 8일(현지시간) 올해 노벨 화학상 수상자로 기타가와 스스무(74) 일본 교토대 교수, 리처드 롭슨(88) 호주 멜버른대 교수, 오마르 야기(60) 미국 버클리 캘리포니아대(UC버클리) 교수를 선정했다고 밝혔다. 노벨 위원회는 “이번 수상자들은 기체와 기타 화학 물질이 드나들 수 있는 넓은 공간을 지닌 분자 구조물인 ‘금속-유기 골격체’(MOF)를 만들었다”며 “이들이 만든 MOF는 사막의 공기에서 물을 얻고, 대기 중 이산화탄소를 포집하고, 독성 가스를 잡아내고 화학 반응을 촉진하는 등 다양한 활용이 가능하다”며 수상 업적을 설명했다.

지난해 노벨 화학상은 인공지능(AI)을 활용한 응용 분야에 돌아가면서 파격적이라는 평가를 받았지만, 위원회는 다시 정통 기초 연구에 수상의 영광을 돌렸다.

또, 일본은 지난 6일 발표된 생리·의학상에 이어 화학상에서도 수상자를 배출해 아시아 지역 기초과학 강국의 면모를 과시했다. 한 해 두 명의 노벨과학상 수상자를 배출한 것은 2015년 이후 10년 만이다. 당시에도 생리의학상 부분에 오무라 사토시, 물리학상에 가지타 다카아키 2명이 수상했다.

이와 함께 올해 노벨 물리학상을 미국 캘리포니아대 연구자들이 싹쓸이한 것에 이어 화학상에서도 수상자를 또 배출해 눈길을 끌고 있다.

올해 화학상을 받은 세 명의 과학자는 2000년대 초부터 계속 노벨 화학상 유력 후보로 거론됐다. 1989년 리처드 롭슨 교수가 원자 고유의 성질을 새로운 방식으로 활용하는 실험을 했는데, 양(+)전하를 가진 구리 이온을 네 개의 팔을 가진 분자와 결합한 것이다. 이렇게 만든 분자 골격은 잘 정돈된 다공성 결정을 이뤄 일종의 ‘무수한 빈방으로 가득 찬 다이아몬드’와 같은 구조를 가졌다. 롭슨이 만든 분자 구조체의 잠재력은 풍부했지만, 구조가 불안정해 쉽게 붕괴했다. 이에 기타가와 교수와 야기 교수는 1992년부터 2003년까지 각각 혁신적인 발견을 내놔 롭슨의 연구를 완성했다. 기타가와 교수는 기체가 구조물 안팎으로 이동할 수 있음을 보여줬고, 금속-유기물 골격체가 유연하게 설계될 수 있음을 보였다. 야기 교수는 1999년에 안정적인 MOF를 만들고 설계를 통해 원하는 특성의 구조를 만들 수 있음을 증명했다.

이들이 만든 MOF는 금속 이온이 모서리에 위치하고 탄소 기반 유기 분자들이 이를 서로 연결하는 구조다. 금속 이온과 유기 분자가 결합한 구조는 내부에 큰 공간을 가진 MOF 결정을 형성한다. MOF를 이루는 구성 성분을 바꾸면 특정 물질을 선택적으로 포집, 저장할 수 있으며, 화학 반응을 구동하거나 전기를 통하게 할 수도 있다.

노벨 위원회는 “이번 수상자들의 획기적 발견 이후 화학자들은 수만 종에 달하는 다양한 MOF를 합성했으며 이들 중 일부는 인류가 직면한 중대한 과제 해결에 이바지할 잠재력이 있다”며 “자연 분해되지 않는 물질인 과불화화합물(PFAS)을 물에서 분리하고, 물이나 토양에 녹아 있는 미량의 화학 물질을 분해하는 한편 이산화탄소 포집, 사막에서 물 공급, 수소에너지 저장 등 다양한 분야에서 응용이 가능하다”고 밝혔다.

이번 노벨 화학상 수상자들은 1100만 스웨덴크로나(16억 5440만 원)를 3분의1씩 나눠 갖는다. 노벨 재단은 화학상을 끝으로 노벨 과학상 수상자 발표를 마무리하고, 9일 문학상, 10일 평화상, 13일은 알프레트 노벨을 기념하는 스웨덴 국립은행 경제학상(노벨 경제학상) 수상자를 발표한다.

유용하 과학전문기자