박진우 연구실의 핵심 축은 공정시스템공학(Process Systems Engineering)을 기반으로 복잡한 화학·에너지 공정을 체계적으로 모델링하고, 이를 최적화하여 실제 산업 적용 가능성을 높이는 데 있다. 연구실은 단일 장치의 성능 개선을 넘어 공정 전체의 물질·에너지 흐름, 운영 유연성, 경제성, 환경성까지 함께 고려하는 시스템 수준의 접근을 지향한다. 이를 통해 전통 화학공정과 차세대 저탄소 공정을 통합적으로 해석하고, 변화하는 에너지 수급 환경에 대응할 수 있는 공정 운영 전략을 제시한다. 특히 연구실은 재생에너지 연계형 공정, 수소·암모니아·메탄올 생산 공정, 천연가스 및 극저온 기반 시스템 등 다양한 대상에 대해 공정 모사, 열역학 해석, 공정 합성, 운전 최적화, 경제성 평가를 수행한다. 학술 발표 주제와 논문을 보면 미분 기반 또는 비미분 기반 최적화 기법, 다목적 최적화, 테크노이코노믹 분석, 공정 유연 운전 전략 수립 등 정량적 설계 방법론이 연구의 중심을 이룬다. 이는 에너지 전환 시대에 요구되는 불확실성 대응형 공정 설계 기술과 직접 연결된다. 이러한 연구는 화학공학의 전통적 강점인 반응·분리·열통합 설계에 더해, 전력망 연계와 탄소중립 목표까지 고려하는 확장된 공정시스템공학으로 발전하고 있다. 연구실의 접근은 공정 효율 향상뿐 아니라 온실가스 감축, 운영비 절감, 산업 현장 적용성 향상이라는 실질적 효과를 목표로 한다. 앞으로도 디지털 기반 설계, 유연 운전, 공급망 통합 관점이 강화되면서, 연구실은 저탄소 화학산업 전환을 뒷받침하는 핵심 공정 설계 연구를 지속적으로 수행할 것으로 보인다.

연구실은 액체공기 에너지저장(LAES)과 LNG 냉열 활용 기술을 결합한 극저온 에너지 시스템 연구를 활발히 수행하고 있다. 관련 논문과 특허에서 확인되듯이, 액화천연가스의 재기화 과정에서 발생하는 냉열을 회수하고 이를 액체공기 저장 및 발전 시스템과 통합함으로써 에너지 효율을 높이는 공정 구조를 제안해 왔다. 이는 버려지기 쉬운 저온 에너지를 고부가가치 에너지 저장 수단으로 전환한다는 점에서 매우 실용적이며, 전력 수요 변동성이 큰 미래 에너지 시스템에 적합한 기술이다. 이 연구 주제는 단순한 저장 기술 개발에 그치지 않고, 열교환기 네트워크 설계, 터빈 기반 발전 경로 구성, 저장 압력 및 운전 조건 최적화, 안전성과 경제성 평가를 모두 포함하는 종합적 시스템 연구로 전개된다. 특허에서는 LNG 재기화 공정과 다중 순환라인, 공기 액화 및 발전 라인을 유기적으로 결합하는 구체적 시스템 구성이 제시되어 있으며, 학회 발표에서는 액체수소 냉열, 복합화력발전소, 해수담수화, 탄화수소 분리와의 연계 가능성도 다루고 있다. 이는 극저온 에너지 시스템을 다양한 산업 공정과 접목하려는 확장성을 보여준다. 탄소중립과 전력계통 유연성 확보가 중요해지는 상황에서, LAES와 LNG 냉열 활용 기술은 대용량 저장, 장주기 운전, 산업부문 통합 활용 측면에서 큰 잠재력을 가진다. 연구실의 연구는 에너지 저장 장치의 단위 성능보다 시스템 전체의 통합성과 경제성을 강조한다는 점에서 차별적이다. 향후 재생에너지 비중이 높아질수록 이러한 극저온 저장 기술은 전력망 안정화, 산업 열관리, 탄소저감형 공정 연계 분야에서 중요한 역할을 수행할 수 있다.

박진우 연구실은 재생에너지 기반의 Power-to-X 공정과 저탄소 연료 생산 전략을 주요 연구 분야로 삼고 있다. 대표적으로 재생전력을 메탄, 수소, 암모니아, 메탄올과 같은 에너지 운반체 및 화학원료로 전환하는 공정의 기술적·경제적 잠재성을 분석하고, 탄소중립 사회 구현에 필요한 최적 운영 전략을 제시한다. 특히 Renewable and Sustainable Energy Reviews 등에 발표된 연구들은 Power-to-Methane, liquid CO2 energy storage, liquid air, flexible operation of power-to-X processes와 같은 주제를 다루며 연구실의 방향성을 분명히 보여준다. 이 연구의 중요한 특징은 재생에너지의 간헐성과 공급 변동성을 공정 운영 전략에 직접 반영한다는 점이다. 연구실은 시간대별 전력 가격, 재생전력 출력 변동, 저장 시스템 도입 여부 등을 고려하여 공정의 유연 운전 방안을 설계하고, 경제성과 탄소배출을 함께 평가한다. 또한 수행 중인 프로젝트에서는 그린 수소·그린 암모니아 생산 공정과 에너지저장시스템, 에너지 그리드를 통합 최적화하는 접근을 채택하고 있어, 단일 공정 최적화보다 더 상위 수준의 에너지 공급망 설계 연구로 확장되고 있다. 최근에는 하이브리드 그린·블루 메탄올을 통한 음의 CO2 배출 가능성까지 탐색하면서, 단순 저감이 아니라 탄소 네거티브 잠재성 평가로 연구 범위를 넓히고 있다. 이는 기술 개발과 정책·시장 현실 사이의 간극을 줄이기 위한 탄소 테크노이코노믹 관점의 연구로 이해할 수 있다. 앞으로 이 분야는 수소경제, 친환경 연료, 탄소포집활용저장(CCUS), 글로벌 에너지 운반체 시장과 밀접하게 연결될 것이며, 연구실은 이러한 전환을 가능하게 하는 공정 통합 및 최적화 연구를 지속적으로 선도할 가능성이 높다.