세상을 바꾸는 공학기술(KAIST 이상엽 교수의)

"세상을 바꾸는 것은 결국 공학이다!"

★이광형(KAIST 총장), 정재승(KAIST 뇌인지과학과 교수),
★권오현(전 삼성전자 회장), 신학철(LG화학 대표이사 부회장) 강력 추천!

기후위기, 감염병, 자원 부족, 데이터 폭증 등
인류가 당면한 이 거대한 문제들에
공학은 어떤 답을 내놓을 수 있을까?

가속하는 기후위기, 부족해지는 식량과 에너지와 물, 환경을 오염시키는 폐플라스틱, 코로나19 팬데믹과 같은 감염병, 인류의 건강을 위협하는 고령화와 비만, 그리고 AI와 디지털 기술의 급속한 발전으로 초래된 가짜뉴스와 사이버안보 문제까지, 인류는 지금 그 어느 때보다 많은 문제들을 마주하고 있다. 이 복잡다단한 난제들을 어떻게 극복할 수 있을까? 그리고 그 해답은 어디에 있을까? 대한민국 과학기술계의 대표 석학이자 대사공학 분야의 세계적 권위자인 이상엽 KAIST 특훈교수는 지난 수십 년간의 연구와 고민을 통해 그 해법이 바로 '공학기술'에 있음을 역설하며 여러 매체에 칼럼을 써왔다. 그 모든 통찰을 새롭게 엮고 다듬고 갱신하여 한 권의 책에 담아냈다.
이 책은 공학을 단순히 복잡한 계산과 기계적인 도구를 다루는 기술의 영역을 넘어, '세상의 문제에 답하는 가장 실천적인 도구'로 조명한다. 기후변화로 인한 환경 위기부터 에너지 고갈 문제에 대한 지속 가능한 해법, 건강을 위협하는 감염병과 노화에 맞설 의료 및 생명공학 기술, 그리고 정보의 홍수 속에서 길을 찾는 정보통신 기술에 이르기까지, 인류가 마주한 광범위한 도전 과제들을 공학기술이 어떻게 혁신적으로 해결해나가는지 그 구체적인 방식들을 쉽고 명쾌하게 풀어낸다.
예를 들어, 지구온난화의 주범으로 꼽히는 이산화탄소를 단순한 폐기물이 아닌 고부가가치 자원으로 전환하는 기술, 청정에너지의 미래를 책임질 미생물을 이용한 바이오연료 생산 기술, 또 다른 팬데믹을 조기에 종식시킬 인공지능 기반 신약 개발 기술, 그리고 폭발적인 데이터 증가로 인한 데이터 처리와 저장 문제를 해결해줄 DNA 데이터 저장 기술에 이르기까지, 그동안 우리가 짧은 뉴스로만 접하던 첨단 공학기술의 세계가 이상엽 교수의 생생한 설명과 구체적인 사례를 통해 눈앞에 생생하게 펼쳐진다. 복잡하고 어렵게만 느껴졌던 공학의 세계에 첫발을 내딛고자 하는 학생들, 미래 기술의 흐름을 읽고 싶은 일반인, 그리고 혁신을 통해 더 나은 세상을 만들고자 하는 모든 이에게 이 책은 든든한 출발점이자 필수적인 안내서가 되어줄 것이다.

세계 3대 과학 아카데미에 모두 선임된 유일한 한국인
대사공학의 세계적인 석학
'21세기 연금술사' 이상엽 KAIST 교수가 풀어낸 공학 이야기
이상엽 교수는 '21세기 연금술사'로 불린다. 2010년에는 대사공학으로 개량된 대장균을 이용하여 강철보다 강한 거미실크 단백질을 개발했고, 2013년에는 미생물을 이용해 휘발유를 생산해 세상을 놀라게 했다. 2016년에는 의료용 생체적합 고분자인 폴리락테이트-co-글라이콜레이트(PLGA)를 생산해냈으며, 2017년에는 나일론의 원료가 되는 락탐(lactam)을 미생물로부터 만들어냈다. 2018년에는 식물성 단백질에 첨가하면 고기 맛을 내고 빈혈 치료제로도 활용되는 헴(heme)을 대장균을 발효해 생산했다. 2021년에는 곤충에서 추출하던 고급 천연 색소인 칼민(carminic acid)을, 2022년에는 금잔화에서만 얻을 수 있었던 눈 건강 관련 성분인 루테인(lutein)을 미생물 대사공학으로 제조하는 데 성공했다. 그리고 2024년에는 미생물 대사공학을 활용해 친환경 액상 계란 대체물을 세계 최초로 만들어냈다.
하지만 그는 단순히 생명공학의 전문가를 넘어서 공학과 과학, 산업과 정책, 기술과 인류의 미래를 꿰뚫는 통합적 시야를 갖추고 기술이 사회와 정책, 산업 전반에 미치는 파급력을 고민해온 거장라고 할 수 있다. 국가바이오위원회 부위원장, KAIST 연구부총장으로 국내 연구 방향을 이끌고 있으며, 세계경제포럼의 '미래기술 글로벌 어젠다 위원회'와 '생명공학 글로벌 미래 위원회' 의장을 역임하며 AI, 기후변화, 에너지 전환, 글로벌 리스크 등 다양한 분야의 어젠다 설정에도 깊이 관여했다. 또한 세계 3대 과학 아카데미인 미국국립과학원, 미국공학한림원, 영국왕립학회에 모두 외국회원으로 선임된 세계 유일의 과학자라는 기록은 그의 독보적인 위상과 학술적 깊이를 잘 보여준다.
이 책에는 지난 30여 년간 이 교수가 연구실, 산업 현장, 정책 자문, 국제 협력의 경계를 넘나들며 쌓아온 경험과 비전이 고스란히 담겨 있다. 특정 기술의 설명을 넘어, 기술이 어떤 문제를 해결하고 어떤 방향으로 사회를 이끌 수 있는지, 그리고 한국이 글로벌 기술패권 경쟁 속에서 어떤 전략을 세워야 하는지를 구체적 사례와 깊이 있는 통찰로 제시한다.

미생물로 만든 플라스틱과 휘발유부터
기술패권 시대 선도 전략까지,
최신 공학기술 트렌드와 지형도, 독보적 통찰!
책은 4부로 구성되어 있다. 1부 '뜨거워지는 지구, 공학이 움직일 시간'에서는 기후위기와 환경문제를 집중 조명한다. 매년 다보스포럼에서 발표되는 〈글로벌 리스크 보고서〉를 바탕으로 전 지구적 위험 요인을 연도별로 거슬러 올라가며 살펴본 후, 2014년 이후로는 기후위기와 관련된 위험 요인들이 늘 최상위권에 자리하고 있음을 밝힌다. 이어서 이산화탄소를 자원으로 바꾸는 방법에 대해 알아보고, 지구온난화와 환경오염의 주범으로 여겨지는 석유화학 산업과 플라스틱에 대해서도 다시 생각해본다. 자동차와 달리 동력원을 전기화하기 어려운 항공 분야에서 지속 가능한 항공유의 중요성도 논의된다. 데이터센터가 전기를 먹는 괴물이 된 현실과 이를 해결하기 위한 친환경 정보통신 기술 인프라 전략까지 모색하며 기후위기와 에너지 전환을 바라보는 독자의 시야를 크게 넓혀준다.
2부 '더 오래, 더 건강하게: 공학이 여는 미래의료'에서는 코로나19 팬데믹 이후 가속화된 바이오 기술과 헬스케어 혁신을 다룬다. 백신 개발의 뒷이야기부터 항생제 내성 슈퍼박테리아의 위협과 대응 방안, 이제는 필수가 된 인공지능 기반 신약 개발까지, 공학이 인류의 건강한 삶에 어떻게 기여할 수 있는지 실제 사례와 연구 데이터를 통해 살핀다. 나아가 디지털 치료기기의 가능성, 불로불사에 도전하는 생명 연장 기술, 건강한 단맛을 느끼게 하는 설탕 대체의 기술까지 알아본다.
3부 '생명을 설계하다: 생명공학의 신세계'는 이상엽 교수의 전문 분야인 생명과학과 공학이 융합하면 어떤 신세계를 열어줄 수 있는지 집중 조명한다. 대사공학과 합성생물학의 현재와 미래를 살펴보며 미생물이 어떻게 화학공장을 대신할 수 있는지, 연구 성과와 산업 사례를 바탕으로 설명한다. 미생물이 생산한 화장품 원료가 글로벌 시장에서 주목받고 있으며, 첨단 생명공학 기술들을 활용하면 1,4-부탄다이올, 스판덱스, 천연색소까지 미생물이 만들어낼 수 있다. 배양육과 대체육은 실험실 식탁의 개념을 넘어 미래 식량 전략으로 떠올랐고, K-푸드의 경쟁력이 이제는 미생물 설계에 달렸다는 말도 과장이 아니다.
4부 '기술의 전환점, 미래를 향한 가속'에서는 미래 기술의 흐름과 그로 인해 재편될 세상의 모습을 조망한다. 세계경제포럼에서 매년 발표하는 '10대 떠오르는 기술들'을 연도별로 살펴보고, 이어서 생성형 인공지능, AI 에이전트, DNA 데이터 저장 기술, 메타버스, 저궤도 통신위성, 폭발하지 않는 배터리, 양자컴퓨팅의 계산 혁명까지, 현재 진행 중인 기술의 진보가 어떻게 산업과 사회의 구조를 변화시키는지를 촘촘히 분석한다. 블록체인이 암호화폐를 넘어서 '신뢰의 구조'를 다시 설계하는 기술로 재조명되며, AI 기술의 확산과 함께 도래할 윤리적, 사회적 이슈까지 다룬다. 특히 첨단 과학, 공학기술이 국가의 경제 성장뿐 아니라 외교와 안보에도 큰 영향을 미치는 기술패권의 시대에 한국이 어떤 전략으로 미래를 준비해야 할지 명확하고 구체적인 방향을 제시한다. 특히 많은 과학기술인들에게 충격과 실망을 안겨주었던 2024년 정부의 갑작스러운 연구개발비 예산 삭감을 강도 높게 비판하며, 과학기술 인력 수급 문제의 해결 방안도 제시한다.

세상을 바꾸는 가장 실용적인 상상력
위기 앞에서 답을 찾는 힘
공학기술을 아는 사람이 미래를 주도한다!
'기술이 너무 앞서간다'는 불안과 '기술 없이는 미래가 없다'는 절박함이 공존하는 시대. 우리는 지금, 인공지능이 일자리를 바꾸고 기후위기로 산업구조가 재편되며, 기술이 사회적, 경제적 의사결정의 중심에 자리잡는 변곡점을 목격하고 있다. 그 어느 때보다 기술을 정확히 이해하고, 공학기술이 세상을 어떻게 움직이는지를 꿰뚫는 안목이 절실한 시점이다. 기술패권주의가 심화되는 지금, 공학은 더 이상 특정 전문가만의 영역이 아니라, 시대를 읽고 미래를 주도하고자 하는 모두가 익혀야 할 필수 언어다. 이상엽 교수는 이 책에서 공학을 '변화의 언어'이자 '미래를 설계하는 도구'로 제시한다. 복잡하게만 느껴졌던 기술의 세계를 명확한 언어와 구체적 사례로 풀어내며, 막연했던 미래 기술들의 지형도를 한눈에 조망할 수 있도록 안내한다.
이 책은 단순히 공학을 넘어서 세상의 구조를 이해하는 책이고, 문제를 해결하는 사고방식을 훈련하는 책이며, 더 나은 내일을 준비하는 실천의 안내서다. 공학을 잘 모르는 독자에겐 첨단 과학과 공학기술의 흐름을 읽는 시야를, 기술을 아는 독자에겐 공학의 사회적 의미를 되새기는 성찰의 기회를 제공한다. 독자들은 이 책을 읽고 공학적 상상력이란 무엇인지 영감을 얻고 생각을 펼칠 수 있을 것이다. 그 상상력은 곧, 위기 앞에서 질문하고 해답을 설계할 수 있는 힘이다.

추천의 글
서문 공학, 세상의 문제에 답하다

1부 뜨거워지는 지구, 공학이 움직일 시간
1 우리 앞에 놓인 전 지구적 위험 요인들
2 기후위기, 지구의 경고
3 탄소를 줄이는 분야별 방법
4 탄소중립, 미래를 위한 선택
5 이산화탄소를 자원으로 바꾸는 기술
6 친환경으로 진화하는 화학 산업
7 플라스틱은 과연 환경의 적일까?
8 다시 쓰는 자원, 4R 전략의 진화
9 순환하는 디지털, 전자제품의 두 번째 삶
10 제조업의 새 물결
11 미세먼지와의 전쟁
12 지속 가능한 하늘길을 위하여
13 전기를 먹는 괴물, 데이터센터를 말하다

2부 더 오래, 더 건강하게: 공학이 여는 미래 의료
1 질병 X와의 전쟁, 미래 감염병에 대비하라
2 코로나19 팬데믹이 남긴 과학기술적 교훈
3 감염병의 다음 위기를 막는 기술의 힘
4 감염병 시대에 공학이 해야 할 일
5 항생제의 탄생과 미생물 통제의 시대
6 내성균 시대, 새로운 항생제를 찾아서
7 암과의 싸움, 끝은 있는가
8 비만에 맞서는 과학적 해법
9 AI와 의학이 만났을 때
10 인공지능이 설계한 신약
11 디지털로 치료하는 시대
12 불로불사의 꿈은 실현될까
13 당 없이 달콤하게, 설탕 대체의 기술
14 감정과 건강의 창, 눈물에 담긴 과학
15 음식이 가장 좋은 약이다
16 운동이 건강에 좋은 과학적 이유

3부 생명을 설계하다: 생명공학의 신세계
1 생명과학의 판을 뒤집는 새로운 흐름
2 대한민국 바이오 산업의 야심찬 도전
3 바이오 제조 혁신, 그 담대한 도전
4 모든 산업의 바이오화는 현실이 된다
5 융합이 만드는 생명공학 강국의 길
6 대사공학과 합성생물학, 미래를 재조립하다
7 단백질공학, 단백질을 디자인하는 기술
8 바이오파운드리, 자동화의 새 지평
9 자연을 닮은 기술, 생체모방 공학
10 미생물로 만드는 기능성 천연물질
11 색을 입히는 생명공학, 미생물이 만드는 천연색소
12 배양육과 대체육, 새로운 식탁의 가능성
13 미생물이 만든 음식의 시대
14 지속 가능한 식품 시스템을 향하여
15 K-푸드 발전을 위하여
16 신약 개발 강국을 향한 여정

4부 기술의 전환점, 미래를 향한 가속
1 세계를 주도할 미래 기술들
2 4차 산업혁명을 이끄는 9가지 혁명적 기술
3 유럽이 주목하는 미래의 판을 바꿀 기술들
4 AI와 AIX2, 더 똑똑한 기술을 위하여
5 쏟아져 나오는 AI 도구들
6 24시간 일하는 AI 에이전트가 온다
7 AI 진흥과 규제 사이의 균형
8 데이터, 데이터, 데이터
9 DNA에 데이터를 저장하는 법
10 가상현실 너머의 메타버스
11 폭발하는 배터리, 안전을 지키는 전략
12 하늘 위의 통신 전쟁, 저궤도 위성 이야기
13 양자컴퓨터, 계산의 한계를 넘다
14 블록체인으로 바꾸는 신뢰의 구조
15 암호화폐, 돈의 미래인가 거품인가
16 기술패권 시대, 한국의 전략

참고문헌

이상엽 KAIST 생명화학공학과 특훈교수이자 연구부총장. 대사공학, 합성생물학, 시스템생물학 분야에서 세계적으로 인정받는 석학이다. 미생물을 이용한 바이오 기반 화학물질, 연료, 바이오플라스틱, 천연물 및 의약품 생산 기술을 개발하며, 지속 가능한 바이오 산업 혁신을 주도하고 있다.
서울대학교를 졸업하고, 미국 노스웨스턴대학교에서 화학공학 석사 및 박사학위를 받았으며, 1994년부터 KAIST 교수로 재직하며 연구와 교육에 힘쓰고 있다. 2025년 현재 국가바이오위원회 부위원장이다. 세계 3대 과학 아카데미인 미국국립과학원, 영국왕립학회, 미국공학한림원 모두에 외국회원으로서 이름을 올린 세계에서 유일한 과학자이다. 한국과학기술한림원과 한국공학한림원의 정회원이며 중국공정원의 외국원사로도 선임되었다. 그 밖에 미국미생물학술원, 미국의생명공학원, 미국발명가협회, 미국과학진흥협회, 미국화학공학회, 미국산업미생물생명공학회, 세계과학한림원의 펠로이기도 하다.
세계경제포럼의 생명공학 글로벌 미래 위원회와 미래기술 글로벌 어젠다 위원회 의장을 지낸 바 있다. 과학기술훈장 창조장, 대한민국 최고과학기술인상, 삼성 호암공학상, 포스코 청암과학상, 한국공학한림원 대상, 대한민국학술원상, 그리고 에너지 분야의 노벨상으로 불리는 에니상, 삼손 이스라엘총리상, 제임스 베일리상, 마빈 존슨상 등 국내외에서 다수의 상을 수상했다. 760편 이상의 학술논문을 발표했고, 860건 이상의 특허를 보유하고 있다. 《Systems Biology and Biotechnology of Escherichia coli》(2009), 《Systems Metabolic Engineering》(2012), 《Metabolic Engineering》(2021)을 편집 또는 공동편집했고, 《작지만 위대한 미생물 세상: 미생물 공학》(2008)을 썼다.