산 넘어 산이었던 ‘하나’ 신소재 개발의 길

처음에는 모두가 말렸다. 외국에서 10년, 20년 걸려도 못 하는 것을 당신이 무슨 수로 하겠냐는 것이다. 처음 지르코늄 신소재 개발 프로젝트를 제의했을 때의 주변 반응이 이랬다. 당시 우리나라는 원자력발전소 핵심부품인 지르코늄 피복관을 완성된 제품으로 전량 수입해서 써야만 했다. 그만큼 우수한 성능의 지르코늄 신소재를 만드는 기술은 선진국에서나 가능할 정도로 어렵고도 험난한 기술이었다.
그로부터 20년이 지난 오늘날 이제 우리나라는 ‘하나(HANA)’라는 세계 최고의 성능을 자랑하는 신소재를 개발해 외국으로 수출 가능한 나라가 되었다. 향후 국내 모든 원전에 적용하고 해외 수출까지 하면 경제적 효과는 연간 약 500억 원에 이를 전망이다. 지르코늄 합금인 ‘하나’ 신소재 개발로 우리나라는 이제 핵연료기술의 자립을 이루게 되었다. 20년 전에는 아무도 상상하지 못했던 일이었다.

연구를 시작했을 무렵 국내에서는 지르코늄에 대해 아는 사람도 자료도 없었다. 지르코늄 미세조직을 관찰하는 데만 6개월이 걸렸다. 지르코늄에 대해 조금이라도 아는 사람이 옆에 있었다면 하루 정도면 해결될 일이었다. 연구 장비도 연구비도 없이 외국 논문만 읽으며 시험을 답습하는 것이 할 수 있는 연구 활동의 전부였다.
밤낮없이 지르코늄을 알기 위해 연구에 매달렸다. IAEA 장학생으로 독일에 파견되었을 때는 신기술을 가르쳐주지 않으려는 그들의 틈바구니에서 하나라도 더 배우기 위해 모든 열정을 쏟았다. 지르코늄의 60년 역사를 파헤치고, 지르코늄 개발 과정이나 실패 경험, 현재 사용되는 제품의 장단점 등 지르코늄에 관해서라면 뿌리부터 최신 기술까지 이론적인 모든 것을 섭렵했다. 국내로 돌아와서는 향후 원자력 기술 자립을 위해서는 반드시 해야 할 일이라고 확신하고 신소재 개발 과제 제안서를 작성해 놓고 무작정 기다렸다. 모두들 비웃었다. 선진국에서도 못 하는 기술을 네가 무슨 수로 하겠느냐는 것이다.
여러 번의 고배 끝에 기회는 왔고 적은 예산으로 과제를 진행하게 되었지만, 연구 장비가 없어 남의 연구 장비에 기웃거려야 했다. 연구 인력도 모자라 학생 연구원들을 동원했다. 연구 장비를 빌려 쓰기 위해 밤낮이 뒤바뀐 생활을 했던 기술원도 있었다. 그렇게 어려운 여건이었지만 신소재 개발을 향한 동료들의 도전 정신과 집념은 식을 줄 몰랐다. 신소재 개발을 위해서는 합금설계를 하고 시험편을 제조하는 과정을 거쳐야 하는데 3년 동안 실패한 시험편 개수 만 무려 2만 개였다.

열한 번의 실패를 경험하고 열두 번째 실험에 성공했다. 하지만 산 하나를 넘으면 더 높은 산이 우리를 기다리고 있었다. 하나 신소재 제품을 만들어 줄 곳이 없는 것이다. 간신히 외국에서 제조 회사를 찾아 제품을 만들어 실험을 끝내고 나면 상용원전 검증시험이라는 더 큰 난관이 버티고 있었다. 유럽 여러 나라를 전전하여 북유럽의 끝, 머나먼 노르웨이 할덴 원자로를 만나 우여곡절 끝에 간신히 성공적인 시험을 수행할 수 있었다. 할덴 원자로 시험 후에는 상용원전에 하나 신소재 피복관을 장전해 시험해야 하는 마지막 단계가 남아 있었다. 많은 위험 부담을 안고 검증시험을 추진하려는 국내 발전소가 없어 마음고생을 많이 해야 했다. 다행히 주위 분들의 도움으로 모든 검증시험을 마무리하여 신소재 ‘하나’의 우수성을 확인할 수 있었다.
2010년, 모든 검증 시험을 마무리할 즈음 이번에는 세계 최대 원자력 회사인 프랑스 아레바의 도전장을 받아야 했다. 하나 신소재 개발 과정에서 우리는 수많은 특허를 확보했는데, 유럽에 등록한 하나 특허에 대해 아레바가 무효소송을 제기해 온 것이다. 다윗과 골리앗의 싸움 같은 전쟁을 치러야 했다. 5년의 1차 소송과 2년의 항소심 끝에 승소하기까지 해외 특허 소송 경험이 전혀 없었던 나로서는 부담감이 이루 말할 수 없었다.
하지만 “이의 신청인이 주장하는 본 특허와 관련한 무효신청은 법률적으로나 기술적으로나 근거가 없으므로 이 특허는 청구항 수정 없이 원안대로 유효하다.”라는 최종 승소판결을 받음으로써 ‘하나’의 우수성을 전 세계에 알리며 미국, 프랑스와 같은 선진국들이 주도하던 원자력 시장에서 우리나라도 이제 당당히 그들과 어깨를 겨루게 되었다. 해외 원전 수출에도 청신호가 켜졌다.

강의를 다니다 보면 많은 분들이 일회성 강의만 하지 말고 나의 이야기를 책으로 출판하면 어떻겠느냐는 조언을 한다. 한두 번은 흘려들었지만 반복해서 듣다 보니 나의 이야기가 많은 사람들에게 도움이 될 수도 있겠다는 생각이 들었다. 그분들의 말에 용기를 얻어 책을 집필해보기로 마음먹었다.
이 책에는 ‘하나’ 신소재가 탄생하기까지의 모든 과정을 담았다. 나의 33년 외길 연구 인생을 정리했다고 봐도 좋다. 변변한 연구 장비 하나 없이 시작한 연구 초기부터 세계 최대 원자력회사 아레바와의 싸움에서 이기기까지, 어떻게 그 모든 난관을 극복해 왔는지를 자세히 기록했다. 나 개인의 기록으로 끝나지 않기를 바라며 우리나라 과학기술 발전에 조금이나마 보탬이 되었으면 하는 마음으로 책을 썼다.
나는 정부출연 연구기관의 연구원으로서 33년간 내가 좋아하는 연구를 마음껏 해올 수 있었던 것에 대해서 항상 감사한다. 한 우물 연구를 통해서 대한민국 최고과학자의 자리까지 올랐으니 나는 행복한 과학자라고 자부한다. 이제는 내가 받은 혜택을 주변에 돌려주는 활동이 더 중요하다고 생각하고 있다. 평생 연구를 하면서 수많은 논문을 써 왔기에 책을 쓰는 것도 쉬울 것이라 생각하고 시작했는데 이는 나의 착각이었다. 많은 분들의 도움이 있었기에 한 권의 책이 탄생할 수 있었다. 지난 33년간 함께 동고동락했던 동료들이 이 책을 쓰는 데 큰 힘이 되어 주었다. 그들의 노력이 있었기에 이 모든 결과가 가능했다. 동료들에게 진심으로 감사를 드린다.

새벽에 나가 한밤중에 들어오는 생활 때문에 주변으로부터 “둘째 부인 아니야?” 하는 소리를 들으면서도 굴하지 않고 평생 나의 지지자로서 책을 쓰도록 용기를 북돋아 준, 아내 최미숙에게 고마움을 표한다. 부족한 글을 검토하고 조언해 준 한정호 박사, 황성식 박사, 심희상 박사에게 감사드리며 책의 기획부터 출판에 이르기까지 열정을 보여주시고 긍정의 에너지를 심어주신 도서출판 행복에너지의 권선복 대표께 감사드린다.
마지막으로 조금 있으면 세상 밖으로 나와서 할아버지와 만나게 될 손녀에게 이 책이 탄생의 선물이 되길 바란다.

2018년 2월
대덕연구단지 봉산골에서 정용환

밑바닥에서부터 이루어낸 신소재 개발의 업적, HANA의 역사<br/><br/>권선복(도서출판 행복에너지 대표이사)<br/><br/>한때 최빈국이었던 우리나라는 비약적인 발전을 거듭해 이제는 선진국 문 앞에 서 있습니다. 변변한 자원 하나 없는 조그마한 나라가 세계에 이름을 드높이며 발전할 수 있었던 것에는 다양한 이유가 있겠지만 다양한 분야의 전문가들이 애국애민의 정신으로 헌신하여 국가기술력의 기반을 닦아온 것 역시 무시할 수 없을 것입니다.<br/><br/>정용환 저자의 『위험한 과학자, 행복한 과학자』는 과거 인프라 부족으로 인한 수많은 어려움 속에서도 세계를 놀라게 할 만한 고품질의 신소재 원자로 부품, HANA를 만들어낸 저자의 이야기를 담은 에세이입니다. 이 책을 읽고 저는 두 번 놀랐습니다. 과거 한국의 신기술 개발 환경이 그야말로 무에서 유를 창조해야만 했던 과정이라는 점에 첫 번째 놀라고, 16년간 온갖 난관을 극복해가며 집요하게 세계 최고의 신소재를 개발해 낸 저자의 집념에 두 번 놀란 것입니다. <br/>원자로 부품에 꼭 필요한 신소재 ‘지르코늄’에 대한 자료가 절대적으로 부족했던 당시 한국의 현실, 원천기술을 가진 국가들의 하대 속에서 느낀 약소국의 서러움, 제품 개발을 위해 어쩔 수 없었던 일본 회사와의 아슬아슬한 동거, 제품 상용화 검증을 위해 노르웨이까지 날아가야만 했던 지난한 세월… 저자는 열악한 환경 속에서도 환경을 탓하지 않았고, 앞이 보이지 않는 상황 속에서도 절대 포기하지 않았으며, 그 결과로 세계 최고의 품질을 자랑하는 지르코늄 합금 HANA 신소재를 만들어 대한민국의 원자력 기술 발전에 큰 족적을 세웠습니다. 이러한 공로를 인정받아 2015년 ‘대한민국 최고과학기술인상’과 함께 적지 않은 상금을 수상했으나 자신의 뒤를 따라올 후학들이 자신과 같은 어려운 경험을 하지 않도록 연구 인프라 개선을 위해 상금을 기부한 저자의 행보에서 30여 년간 한 우물을 판 과학자의 모습을 볼 수 있었습니다.<br/><br/>이제는 고향과도 같던 한국원자력연구원을 퇴직 후 ‘과학문화 전도사’로서 새로운 인생 3막을 힘차게 만들어가고 있는 정용환 저자의 발걸음에 도서출판 행복에너지 역시 기운찬 응원을 보내며, 이 책을 읽는 젊은 독자들 중 미래 대한민국의 원자력 과학자를 꿈꾸는 이들이 늘어나기를 희망합니다.

우리나라 원자력 기술자립의 역사에서 ‘하나(HANA) 신소재 피복관’ 개발은 핵연료 완전 국산화의 정점으로 손꼽힙니다. 핵연료 피복관은 원전의 핵심 소재임에도 불구하고 유일하게 국산화하지 못해 우리나라는 1978년 고리 1호기 가동 이래 30년 넘게 전량 수입해 왔습니다. 그러나 순수 국내 기술로 고성능 지르코늄 신소재를 개발하고, 이어서 하나 피복관을 개발함으로써 우리는 해외 기술 종속을 깨고 완전한 핵연료 국산화에 성공했습니다.
이 눈부신 성과의 중심에 바로 정용환 박사가 있습니다. 그는 지난 20여 년간 피복관 국산화를 위해 한길을 걸어오며, 하나 피복관을 개발하고 국내 산업체에 기술 이전한 주인공입니다. 700여 종에 달하는 후보 합금에 대한 방대한 기초 연구를 토대로 합금 설계, 제조 및 평가시험을 실시하는 과정은 그의 놀라운 집념과 열정이 없이는 불가능한 일이었다고 생각합니다. 더구나 국내에서 지르코늄이란 소재가 생소했던 20여 년 전, 지르코늄의 모든 것을 알기 위해 밤낮없이 연구한 그의 끈기와 인내가 하나 피복관 탄생의 밑거름이 되었음은 분명합니다.

그가 세계 최고 원자력 기업과의 특허소송에서 승리한 일화도 여전히 많은 사람들에게 회자되고 있습니다. 하나 피복관은 개발 당시 기존의 피복관보다 월등히 앞선 성능을 나타냈습니다. 이에 세계 최대 원자력 기업인 프랑스의 아레바社는 하나 피복관 특허에 대한 무효소송을 제기했고, 무려 7년여간의 기술 입증 공방 끝에 정용환 박사는 그 특허를 지켜내는 데에 성공합니다.
이 책은 그러한 특허 공방을 비롯해 정용환 박사 자신이 과학자로서 걸어온 길을 진솔하게 풀어내고 있습니다. 대한민국 최고과학기술인상 수상, 원자력 R&D 역사상 최고액 기술이전, 한국원자력연구원 최초의 영년직 연구원 선정 등 연구자로서 최고의 영예를 거머쥔 그이지만, 그 과정이 결코 쉽지 않았음을 우리는 이 책을 통해 깨달을 수 있습니다.
이제 그는 연구원이란 울타리를 넘어 다양한 교육 활동과 사회공헌을 통해 과학인재 양성과 과학문화 확산에 노력하고 있습니다. 이 책이 젊은 과학자들에게는 꿈과 희망, 도전의 중요성을 일깨워주고 중견 과학자에게는 시련을 극복할 수 있는 용기를 북돋워줄 수 있을 것이라 믿습니다. 아울러, 미래 과학자를 꿈꾸는 청소년들에게 진정한 과학자의 길에 대해 생각해보는 훌륭한 교재이기도 합니다. “33년간의 한 우물 연구를 했던 나는 행복한 과학자요, 행운아”라 는 그의 말이 많은 이들의 가슴속에 울려 퍼지기를 바랍니다.

2018년 3월