본 연구실은 멤브레인 기반의 분리 공정, 특히 해수담수화, 수처리, 이산화탄소 포집 및 수소 생산 등 다양한 화학 및 환경 시스템에서의 멤브레인 공정의 수치 해석과 최적화에 중점을 두고 있습니다. 멤브레인 공정은 에너지 효율성과 운전의 단순성, 그리고 선택적 분리 능력 등으로 인해 차세대 친환경 기술로 각광받고 있습니다. 연구실에서는 역삼투(RO), 정삼투(FO), 멤브레인 증류(MD), 가스 분리 멤브레인 등 다양한 멤브레인 공정에 대한 수치 모델링을 통해 공정의 성능을 예측하고, 실험적 데이터와의 비교를 통해 모델의 신뢰성을 확보합니다. 특히, 컴퓨터 기반의 유체역학(CFD) 시뮬레이션을 활용하여 멤브레인 모듈 내 유동 및 물질전달 현상을 정밀하게 분석하며, 이를 바탕으로 멤브레인 구조(스페이서, 패턴, 나노소재 등)와 운전 조건이 공정 효율에 미치는 영향을 체계적으로 규명합니다. 또한, 멀티스케일 시뮬레이션과 고속 스크리닝 기법을 통해 다양한 멤브레인 소재와 구조를 비교·평가하여 최적의 설계안을 도출합니다. 최근에는 3D 프린팅과 나노소재(탄소나노튜브, 그래핀 등)를 활용한 멤브레인 및 스페이서 개발에도 적극적으로 참여하고 있습니다. 이러한 연구는 고순도 수소 생산, 리튬 회수, 암모니아 정제, 배터리 폐수 처리 등 다양한 산업적 응용 분야에 적용되고 있습니다. 아울러, 공정 시스템 엔지니어링(PSE) 기법을 접목하여 전체 플랜트 수준의 성능 예측, 경제성 및 환경 영향 평가, 최적 운전 조건 도출 등 실질적인 산업 적용을 위한 통합적 연구를 수행하고 있습니다.

연구실은 생명과학 및 바이오메디컬 시스템에서 발생하는 복잡한 물리·화학적 현상을 수치적으로 해석하고, 이를 기반으로 환자 맞춤형 치료 전략을 제시하는 연구를 수행하고 있습니다. 특히, 혈류 및 약물전달, 혈전 용해, 암 치료 등 다양한 생체 내 현상을 다중물리(multiphysics) 모델링 기법을 통해 정량적으로 분석합니다. 이러한 모델링은 실험이나 임상적으로 접근이 어려운 생체 내 환경을 가상적으로 재현하여, 다양한 변수(환자 특성, 약물 용량, 투여 방식 등)가 치료 결과에 미치는 영향을 체계적으로 평가할 수 있게 해줍니다. 이미지 기반의 환자 맞춤형 모델링, 약물동태학(PK/PD)과 혈전 용해 반응의 통합 시뮬레이션, 나노입자 기반 표적 약물전달 시스템의 최적화 등 다양한 연구가 진행되고 있습니다. 예를 들어, 급성 허혈성 뇌졸중 환자에서 혈전 용해제의 용량 및 투여 프로토콜에 따른 혈전 용해 효율과 부작용(출혈 위험 등)을 예측하고, 최적의 치료 전략을 제시합니다. 또한, 바이오마커 기반의 액체생검, 나노구조 마이크로플루이딕 칩을 활용한 암 진단 및 치료 등 첨단 바이오메디컬 공정에도 수치 모델링을 적용하고 있습니다. 이러한 연구는 환자 맞춤형 정밀의료 실현, 신약 개발, 의료기기 설계 등 다양한 바이오헬스케어 분야에 기여하고 있습니다. 앞으로는 인공지능 및 머신러닝 기법과의 융합을 통해 더욱 정교한 예측 및 최적화가 가능한 디지털 트윈 기반의 바이오메디컬 시스템 연구로 확장될 전망입니다.

본 연구실은 탄소중립 실현을 위한 다양한 청정에너지 및 탄소저감 공정의 시스템 모델링, 공정 최적화, 경제성 및 환경 영향 평가를 통합적으로 수행하고 있습니다. 이산화탄소 포집 및 활용(CCU), 블루/그린 수소 생산, 암모니아 합성 및 정제, 메탄 건식개질(DRM), 증기개질(SMR) 등 다양한 에너지 및 화학 공정에 대한 수치 모델링과 시뮬레이션을 통해 공정의 효율성, 경제성, 환경성을 종합적으로 분석합니다. 특히, 멤브레인 기반의 가스 분리 공정, 회전충전탑(RPB) 등 첨단 공정 장치의 CFD 해석과 공정 시스템 엔지니어링(PSE) 기법을 접목하여, 플랜트 설계 및 운전 조건의 최적화, 온실가스 저감량 평가, 라이프사이클 어세스먼트(LCA), 테크노이코노믹 어세스먼트(TEA) 등 실질적인 산업 적용을 위한 연구를 진행합니다. 최근에는 그린 암모니아 합성 공정의 시나리오별 경제성 및 환경 영향도 평가, 멀티스테이지 멤브레인 CO2 분리 공정의 최적 설계, 수전해-멤브레인 융합 공정의 타당성 평가 등 다양한 국가 및 산업체 과제를 수행하고 있습니다. 이러한 연구는 에너지 전환 시대에 필수적인 저탄소·친환경 공정 개발, 산업 현장의 탄소중립 전략 수립, 신재생에너지 및 수소경제 실현 등 국가적·사회적 요구에 부응하고 있습니다. 앞으로도 첨단 시뮬레이션, 최적화, 경제성·환경성 평가를 융합한 통합적 연구를 통해 지속가능한 미래 에너지 시스템 구축에 기여할 것입니다.