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  • 기사등록 2021-03-05 14:40:29
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▲ C1 가스 및 바이오매스 기반 촉매 전환 원천기술을 개발한 생산기술연구원 친환경융합소재연구부문 김용진 박사



[기계신문] 지구온난화로 인해 한파·폭설, 집중호우 등 이상기후 현상이 더 강해지고 잦아지면서 국제사회는 탄소중립 사회로의 전환을 서두르고 있다. 이를 위해서는 전 세계가 2030년까지 이산화탄소(이하 CO2) 배출량을 2010년 대비 45% 이상 줄여야 한다.


그 방안으로 CO2 포집·활용 기술과 바이오매스(Biomass) 전환 기술이 각광받고 있다. 온실가스 주범인 CO2 자체를 원료로 사용하거나 화석연료를 친환경 자원으로 대체해 탄소배출량을 감축하는 방식이다.


최근 한국생산기술연구원이 재생 가능 자원인 ‘C1 가스’와 바이오매스를 이용해 일상에 유용한 원료물질로 전환할 수 있는 촉매 기술을 개발, 탄소중립 실현에 필요한 원천기술을 확보했다. ‘C1 가스’는 온실가스 유발물질 CO2와 산업 부생가스 CO처럼 탄소의 개수가 1개인 가스를, 바이오매스는 식물 기반 재생원료를 지칭한다.


개발한 기술은 C1 가스와 바이오매스를 플라스틱 원료물질인 ‘고분자 단량체’로 전환하여 페프(PEF, Polyethylene furandicarboxylate : 100% 식물 기반의 고분자 열가소성 수지) 등 친환경 플라스틱 또는 폴리우레탄과 나일론과 같은 생활밀착형 고분자나 합성섬유 등을 생산하는데 각각 사용될 수 있다.


특히 석유 유래 원료를 사용하지 않고도 그와 동일한 소재를 생산할 수 있으며, 그 과정에서 포스젠(Phosgene)과 같은 유독가스도 필요 없다는 것이 이 기술만의 장점이다.


이번 기술을 개발한 생산기술연구원 친환경융합소재연구부문 김용진 박사 연구팀은 친환경성과 안전성을 모두 갖춘 새로운 촉매 개발에 초점을 맞춰 지난 20년간 연구를 수행해왔다.


기존 석유화학 소재들은 대부분 견고한 6각형 구조라 자연 분해가 어려웠던 반면, 개발된 기술을 적용한 소재들은 생분해 가능성이 더 높은 5각형 구조여서 환경친화적이다.


또한 바이오매스 기반 FDCA(나무·옥수수 등 바이오매스 기반 친환경 단량체) 신공정의 경우, 순산소(O2) 산화제와 유기용매를 사용해 폭발 위험성이 있는 기존 공정과 달리, 일반 공기와 물을 사용해 안전성까지 높였다.


이 기술을 기반으로 C1 가스와 바이오매스를 원료물질로 전환할 수 있는 수율은 95~99% 이상으로 세계 최고 수준이다. 만약 상용화될 경우, 친환경 소재를 대량 생산할 수 있고 화석연료 사용으로 인한 환경비용들도 크게 절감할 수 있을 것으로 기대된다.


특히 화학분야에서 CO2를 원료로 사용한 생산기술은 이용범위가 넓어 핵심기술로 평가받고 있는 만큼 석유화학 및 관련 기술시장 등에 미칠 영향도 클 것으로 예상된다.


김용진 박사는 “이제는 탄소중립에 맞는 새로운 화학 패러다임이 필요한 시대”라며 “생산기술연구원 대표기술 ‘키-테크(Key-Tech)’ 중 하나인 이번 기술을 지속적으로 고도화하여 조기 상용화에 힘쓰겠다”고 밝혔다.


여기서 ‘키-테크(Key-Tech)’란 국가 R&D혁신을 주도하고 소재·부품·장비 독립을 뒷받침할 수 있는 생산기술연구원 대표기술로, 뿌리산업 등 전통 제조업의 공정개선부터 4차 산업혁명 기반의 차세대 생산시스템까지 다양한 분야의 143개 기술들로 구성되어 있다.


한편, 이번 기술은 2017년 FDCA 등 원료물질 제조에 필요한 촉매기술 개발에서 진일보한 후속 성과로, 현재 관련 논문 22편이 발표되었으며 특허 80건을 출원해 현재 31건이 등록 완료된 상태다.


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한음표 기자 hup@mtnews.net

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