이 연구실은 전통적인 제철·제강 공정을 저탄소·탄소중립 체계로 전환하기 위한 기초 및 응용 연구를 수행한다. 특히 수소 직접환원철(H2-DRI), 전기로 및 전로 공정에서의 반응 거동, 그리고 철강 공정 내 이산화탄소의 재활용 가능성을 열역학과 속도론 관점에서 분석하는 데 강점을 가진다. 최근 논문과 과제에서는 저탄소 제강 기술의 핵심 난제로 꼽히는 수소환원 제철의 공정 안정성, 용융 거동, 질소 및 개재물 문제, 그리고 공정 전체의 탄소 배출 저감 방안을 집중적으로 다루고 있다. 구체적으로는 고온 반응계에서 CO2를 단순 배출원이 아니라 반응 자원으로 활용하는 방안, 용선 내 불순물 제거를 위한 새로운 반응 경로, 수소 기반 환원철의 제강 적용 시 발생하는 용강 품질 문제를 연구한다. 또한 슬래그를 이용한 수소 생산 특허는 철강 부산물의 열화학적 활용 가능성을 보여주며, 공정 부산물과 에너지 흐름을 통합적으로 설계하는 연구 방향을 잘 드러낸다. 이는 단순한 공정 개선을 넘어 제철소 전체의 자원순환성과 에너지 효율을 높이기 위한 시스템적 접근이라고 할 수 있다. 이러한 연구는 미래 철강 산업이 요구하는 친환경성, 경제성, 공정 신뢰성을 동시에 확보하는 데 중요한 기반이 된다. 수소환원 제철은 고로 중심 철강생산 체계를 대체할 수 있는 핵심 기술이지만, 실제 산업 적용을 위해서는 고온 물성, 반응 속도, 슬래그 형성, 용강 청정도까지 모두 정밀하게 이해해야 한다. 본 연구실은 이러한 복합 문제를 실험, 공정 해석, 산업 연계 연구로 연결하며 탄소중립 철강 생산의 실현 가능성을 높이는 데 기여하고 있다.

이 연구실의 대표적인 전통 연구축은 연속주조 공정에서 사용되는 몰드 플럭스와 다양한 제철 슬래그의 구조-물성-기능 상관관계를 규명하는 것이다. 손일 교수의 경력과 다수의 특허, 학술발표 이력을 보면 연속주조 공정에서의 몰드 플럭스 설계, 고알루미늄강 및 고반응성 강종에 적합한 플럭스 개발, 그리고 주조 안정성과 표면 품질 향상을 위한 고온 슬래그 제어가 핵심 주제로 지속적으로 이어져 왔다. 특히 점도, 결정화 거동, 열전도도, 휘발 특성, 젖음성 등 연속주조 품질에 직접 영향을 주는 물성을 정밀하게 연구한다. 연속주조용 몰드 플럭스는 단순 보조재가 아니라 윤활, 열전달 제어, 개재물 흡수, 표면 결함 억제 등 다양한 역할을 동시에 수행해야 한다. 따라서 조성 변화에 따른 점도 및 구조 변화, 알칼리 산화물과 불화물의 영향, CaO/Al2O3 비와 같은 염기도 조절, 결정상 형성 메커니즘 등을 이해하는 것이 중요하다. 본 연구실은 이러한 문제를 고온 실험, 미세구조 분석, 열역학 계산, 실공정 연계 해석으로 다루며, 다양한 철강 제품군에 맞춤형 플럭스를 제안해 왔다. 이 연구는 철강 제품의 균질한 품질 확보와 생산성 향상에 직접 연결된다. 특히 고강도강, 고알루미늄 함유강, 고망간강처럼 기존 플럭스로 대응하기 어려운 신강종이 확대될수록 슬래그와 플럭스의 정교한 설계가 더욱 중요해진다. 본 연구실은 산업 현장 문제를 학문적으로 해석하고 이를 특허 및 공정 적용으로 연결하는 역량을 갖추고 있어, 철강 공정용 기능성 고온 산화물 소재 연구의 중요한 거점 역할을 하고 있다.

이 연구실은 최근 철강 중심의 화학야금 연구를 확장하여 사용후 리튬이온전지의 재활용과 유가금속 회수 분야에서도 활발한 성과를 내고 있다. 논문, 특허, 학술발표를 종합하면 리튬이온전지 양극재 소성 반응의 불균일성 규명, 폐전지의 안전 보관·이송 기술, 그리고 건식 제련 기반의 재활용 공정 개발이 주요 연구 주제로 나타난다. 이는 기존의 제철·제련 지식을 배터리 소재 순환경제 문제에 적용한 융합형 연구라 할 수 있다. 특히 니켈계 양극재 소성 과정에서의 고상 반응 불균일성, 리튬 확산, 산소 분위기 제어, 나노스케일 구조 변화에 대한 연구는 차세대 고에너지밀도 배터리 제조에도 직접적인 의미가 있다. 한편 사용후 배터리에 대해서는 열처리, 환원, 슬래그 제어, 자성 분리 등을 활용하여 유가금속을 효율적으로 회수하는 공정을 연구하며, 이는 폐자원의 재자원화와 공정 안전성 확보를 동시에 목표로 한다. 폐이차전지의 화재와 폭발 위험을 줄이는 보관 및 이송 특허 역시 실제 산업 적용성을 잘 보여준다. 이러한 연구는 자원 확보와 환경 규제가 동시에 강화되는 시대에 매우 높은 전략적 가치를 가진다. 배터리 재활용은 단순 폐기물 처리 기술이 아니라 리튬, 니켈, 코발트, 망간 등 핵심 광물의 공급망 안정화와 직결된다. 본 연구실은 고온 공정, 슬래그 반응, 열역학, 미세구조 분석 역량을 바탕으로 지속가능한 화학야금의 실질적 해법을 제시하며, 철강·에너지·배터리 산업을 연결하는 순환형 소재공정 연구를 발전시키고 있다.

이 연구실은 재료공학과 화학야금 분야에 데이터 분석 기법을 접목하는 연구도 수행하고 있다. 관련 저서로 빅데이터 네트워크 분석을 다루었고, 최근에는 고온 이온성 용융체의 점도를 데이터 기반으로 정확하게 예측하는 설명가능 인공지능 연구를 발표하였다. 이는 전통적으로 실험 의존도가 높고 측정 비용이 큰 고온 물성 연구에 데이터사이언스 방법론을 도입한 사례로서 의미가 크다. 고온 슬래그와 용융염의 점도는 제철, 제련, 배터리 재활용, 전기화학 공정 등 다양한 고온 공정의 반응성과 유동성을 좌우하는 핵심 변수이다. 하지만 조성과 온도, 구조 변화가 복합적으로 작용하기 때문에 일반적인 경험식만으로는 정확한 예측이 어렵다. 본 연구실은 물성 데이터와 조성 정보를 활용해 예측 모델을 구축하고, 설명가능 AI를 통해 어떤 화학 조성 요소와 구조 인자가 점도 변화에 큰 영향을 주는지를 해석한다. 이는 단순 예측을 넘어 공정 설계 지식을 축적하는 방향의 연구라는 점에서 중요하다. 이 접근은 신소재 및 공정 개발의 속도를 높이고 실험 비용을 줄이는 데 기여할 수 있다. 향후에는 슬래그의 황화물 용량, 결정화 거동, 반응성, 열전도도 등 다른 고온 물성으로도 확장 가능하며, 실험·계산·데이터 모델링을 결합한 디지털 야금 연구의 기반이 된다. 본 연구실은 화학야금의 전통적 전문성 위에 데이터 기반 해석 능력을 더함으로써, 고온 공정 설계의 정밀도와 예측 가능성을 높이는 연구를 선도하고 있다.