"이걸 당장 어디다 써"…"회삿돈만 낭비" 핀잔에도 당당한 5억 요구, 미래의 세상을 흔들었다[125년 노벨상 시대를 담다]④

2025년 노벨화학상 기타가와 스스무
초기 연구 땐 '불안정하고 응용처 없다' 평가
33년 뒤 새로운 화학의 지평 열어

청색 LED·트랜지스터·mRNA도 처음엔 미래 몰라
발견에서 기술로 이어진 수십 년

편집자주1901년 첫 시상 이후 125년. 과학은 한 명의 천재가 발견하던 시대에서 수천 명과 인공지능(AI)이 함께 연구하는 시대로 변했다. 아시아경제는 노벨상 125년을 통해 과학적 발견의 주체와 방식이 어떻게 달라졌는지, 그리고 노벨상은 이러한 변화를 얼마나 담아내고 있는지를 7회에 걸쳐 살펴본다.

2025년 노벨화학상 수상자인 기타가와 스스무 교수가 금속유기골격체(MOF)의 구조를 설명하고 있다. 금속 이온과 유기분자를 연결해 내부에 미세한 공간을 만드는 MOF는 특정 기체나 분자를 선택적으로 붙잡거나 저장할 수 있다. 기타가와가 1990년대 초 연구를 시작했을 당시에는 불안정하고 뚜렷한 용도가 없다는 평가를 받았지만, 연구는 이산화탄소 포집과 기체 저장·분리 등으로 확장됐다. The Nobel Prize 제공

1992년 일본 긴키대의 젊은 화학자 기타가와 스스무는 금속 이온과 유기분자를 결합해 내부에 미세한 공극(空隙)을 지닌 새로운 구조체를 만들었다. 학술적으로는 흥미로웠지만 당장 어디에 쓸 수 있을지는 알 수 없었다. 연구비 신청은 잇따라 탈락했다. 구조가 불안정하고 명확한 응용처가 없다는 이유였다. 그럼에도 기타가와는 물질 속 '빈 공간' 연구를 포기하지 않았다. 미세 공간의 성질을 제어하면 특정 분자를 선택적으로 가두거나 방출할 수 있다는 확신이 있었다.

1997년 연구진은 기체 분자를 받아들이면서도 구조를 유지하는 다공성 물질을 보고했고, 이는 미세 공간의 크기와 성질을 설계하는 금속유기골격체(MOF) 연구로 발전했다. 오늘날 MOF는 이산화탄소 포집, 기체 저장 및 분리, 촉매 등 친환경·에너지 분야의 핵심 소재로 활용되고 있다. 기타가와는 리처드 롭슨, 오마르 야기와 함께 MOF 개발 공로로 2025년 노벨화학상을 받았다. 어디에 쓸지 설명조차 어려웠던 물질이 33년 뒤 새로운 화학의 지평을 연 셈이다.

'회삿돈만 낭비한다'던 질책을 딛고 백색광을 열다

또 다른 일본인 과학자 나카무라 슈지 역시 '성공 가능성이 작아 외면받던 기술'에 매달렸다.

2014년 노벨물리학상 수상자인 나카무라 슈지 미국 캘리포니아대 산타바버라(UCSB) 교수가 청색 발광다이오드(LED)를 바라보고 있다. 나카무라는 일본 니치아화학공업 재직 당시 질화갈륨(GaN)을 이용한 고휘도 청색 LED를 개발했다. 밝은 청색 LED의 등장은 백색 LED와 고효율 조명 시대를 여는 결정적인 계기가 됐다. 산타바바라대(Randall Lamb/UC Santa Barbara) 제공

1979년 도쿠시마의 작은 화학회사 니치아화학공업에 입사한 그는 오랫동안 눈에 띄는 성과를 내지 못해 '회삿돈만 낭비한다'는 질책을 받았다. 그럼에도 그는 1988년 밝은 청색 LED를 개발하겠다며 당시 연간 매출의 약 2%에 달하는 5억엔의 연구비를 요청했고, 회사는 이를 받아들였다.

당시 대다수 연구자가 셀렌화아연(ZnSe)에 주목할 때 나카무라는 난도가 높았던 질화갈륨(GaN)을 선택했다. 장비를 직접 개조하며 결정의 품질을 올린 끝에 1993년 고휘도 청색 LED 개발에 성공했다. 이미 존재하던 적색·녹색에 청색이 더해지면서 고효율 백색 LED 조명 시대가 열렸다. 2014년 나카무라는 아카사키 이사무, 아마노 히로시와 함께 노벨물리학상을 받았다. 시작점에서는 기타가와에게 '쓸모'가 보이지 않았고 나카무라에게는 '성공 가능성'이 보이지 않았으나, 집요한 질문이 세상을 바꾸는 기술로 이어진 것이다.

스마트폰과 백신도 '기초 원리'에서 시작됐다

노벨상의 역사를 거꾸로 추적하면 이러한 사례는 끊임없이 반복된다. 1947년 벨연구소가 최초로 개발한 점접촉 트랜지스터는 스마트폰이나 AI 반도체를 겨냥한 것이 아니라 진공관을 대체할 증폭소자 연구에서 시작됐다. 1970년대 스탠리 휘팅엄, 존 구디너프, 요시노 아키라가 발전시킨 리튬이온전지 기술 역시 훗날 전기차와 에너지저장장치(ESS)의 핵심이 될 줄은 당시 아무도 예상하지 못했다.

커털린 커리코와 드루 와이스먼이 2005년 밝혀낸 mRNA의 염기 변형을 통한 불필요한 면역반응 억제 역시 코로나19 팬데믹(세계적 대유행)을 예측하고 수행된 연구가 아니었다. 15년 뒤 전달·안정화 기술과 결합하며 백신으로 결실을 맺었고, 두 사람은 2023년 노벨생리의학상을 품에 안았다.

'당장의 쓸모'를 넘어 미래를 기다리는 힘

기초과학이 자연의 원리를 발견하면, 후속 연구자와 공학자가 이를 적용할 수 있는 기술로 다듬고 기업이 상용화의 길을 연다. 수십 년 뒤 등장한 새로운 사회적 문제가 오래된 발견에 예상치 못한 쓰임을 부여하는 경우도 흔하다.

토비아스 에르브 독일 막스플랑크연구소장은 "기초 단계의 발견을 단기적인 산업 파급력이나 정량적 지표로 평가하는 태도를 경계해야 한다"고 조언했다. 그러면서 "현재 활용처가 보이지 않는 연구라도 후속 기술과 결합하면서 예상하지 못했던 가치를 만들어낼 수 있다"고 설명했다.

한국 과학계에도 시사하는 바가 있다. 당장의 활용 가능성과 가시적인 성과만으로 연구의 가치를 판단한다면, 아직 쓰임이 드러나지 않은 중요한 연구가 출발할 기회조차 얻지 못할 수 있다.

김종화 기자 justin@asiae.co.kr