기존 기술보다 22배 뛰어난 촉매 개발

고유가와 지구온난화로 저탄소 녹색성장이 주목받고 있다. 이미 선진 각 국들은 이 같은 추세에 적극적으로 대응하고 있다. 우리나라에서도 이명박 대통령이 지난 8월 새로운 성장동력으로 ‘저탄소 녹색성장’을 내세우면서 새롭게 주목받고 있다. 현재 ‘녹색성장 기술’을 개발하고 보급하는데 앞장서고 있는 공공기관, 기업 등에서 ‘녹색성장’의 현재와 가능성을 살펴본다.<편집자 주>

“이산화탄소로 플라스틱을 만드는 게 잘 이해가 안된다구요? 식물이 공기 중의 이산화탄소와 물을 가지고 광합성으로 감자나 고구마를 만드는 것과 같다고 보면 됩니다. 과정은 이렇습니다. 폴리우레탄을 만드는데 사용하는 프로필렌옥사이드 액체 56g을 넣은 통에 44g만큼의 이산화탄소를 집어넣습니다. 여기에 촉매를 넣어주면 이산화탄소와 프로필렌옥사이드가 사라지고 새로운 고체물질 100g이 나옵니다. 이게 바로 이산화탄소 플라스틱입니다.”

이산화탄소 플라스틱 제조와 관련해 세계 최고 수준의 촉매를 개발한 이분열 아주대 분자과학기술학과 교수의 설명이다. 이 교수의 기술은 지구 온난화를 막기 위해 반드시 줄여야 하는 이산화탄소를 활용해 플라스틱 산업의 석유의존도를 낮출 수 있다는 점에서 ‘저탄소 녹생성장’ 시대에 중요한 기술이다.

불필요한 CO2로 석유의존도 낮춘다

이 기술을 활용하면 땅이나 바다 속에 저장해야 할 이산화탄소로 플라스틱을 만들 수 있다. 즉 저장비용을 줄이는 한편 플라스틱을 만들어 판매할 수 있어 일석이조의 효과를 거둘 수 있다. 현재 우리나라는 이산화탄소 포집기술을 개발하고 있지만 마땅한 저장공간이 없어 난감한 상황이다.

이산화탄소 플라스틱의 모습

보다 중요한 것은 플라스틱을 만들 때 석유의존도를 낮출 수 있다는 점이다. 지금까지 플라스틱 산업의 석유의존도는 거의 100%였다. 이산화탄소 플라스틱은 석유화합물이 전체 중량의 56%이고 이산화탄소가 44%를 차지한다. 전체 플라스틱에서 이산화탄소 플라스틱 비중이 커지면 커질수록 석유사용량은 줄어들게 된다. 석유사용량을 줄이면 그만큼 탄소배출권을 획득할 수 있다. 일석이조가 곧 일석사조가 된다.

이런 까닭에 학계와 산업계의 관심이 높다. 관련 기술이 처음 알려진 것은 1969년이었다. 당시 일본 도쿄공대의 한 교수는 이산화탄소로 플라스틱을 만드는 촉매를 개발했다고 발표했다. 세상이 놀랄 일이었으나 촉매의 효율과 속도가 낮아 상업화로 이어지지는 못했다.

1990년 중반에 미국의 한 대학교수가 효율과 속도를 대폭 높인 촉매를 만들면서 관련 기술의 상용화 가능성이 눈앞에 어른거리기 시작했다. 이 교수는 자신이 개발한 촉매를 가지고 2004년 벤처회사를 만들어 상용화 연구를 시작했다. 일본과 독일에선 기업까지 상용화 연구에 참여하고 있다.

이 교수, 기존 기술보다 22배 뛰어난 기술 개발

이분열 교수가 본격적으로 관련 기술 연구에 착수한 것은 2003년의 일이다. 해외 학회지 등을 읽으며 관심을 갖고 있던 그는 학술진흥재단으로부터 지원을 받아 연구에 착수했다. 원래 촉매 관련 연구를 하고 있던 터라 익숙한 분야였다. 또 당시까지 개발된 촉매의 수준이 낮아 도전할 여지도 많았다. 또한 그는 자전거로 출퇴근할 만큼 실천하는 녹색론자이기도 했다.

초기엔 아연 금속화합물로 촉매를 만들었다. 촉매의 효율은 높지만 물을 접하면 쉽게 파괴된다는 단점 때문에 곧 포기했다. 2005년부턴 코발트계 촉매 개발에 도전했다. 천우신조가 뒤따랐다. 2007년 4월 이 박사의 실험 설계에 따라 실험을 진행하던 한 대학원생이 우연히 성능 좋은 촉매를 만들어냈다. 이후 이어진 연구에서 또 한번의 행운이 뒤따라 촉매 성능을 더욱 높일 수 있었다. 하늘이 두 번 돕자 이 교수가 개발한 촉매는 타의 추종을 불허하는 성능을 갖게 됐다.

이 교수가 개발한 촉매가 프로필렌옥사이드 액체와 이산화탄소의 반응을 촉진해 플라스틱을 만들어내고 있는 모습.

이 교수가 개발한 촉매는 분자 하나당 이산화탄소 분자 2만2000개를 플라스틱으로 바꿀 수 있다. 또 단위시간당 분자 2만5000개를 플라스틱으로 바꿀 정도로 반응속도도 빠르다. 미국 교수가 개발한 촉매와 비교하면 반응량으론 22배, 속도 면에선 16.7배 앞선 수준이다. 플라스틱을 만든 뒤 촉매를 회수해 다시 사용할 수도 있어 경제성도 뛰어나다.

“외국에서 로열티 받는 사례 만들고파”

이 교수의 촉매는 많은 관심을 받았다. 지난 8월초 세계적인 학회지에 이 교수의 논문이 실렸고, 그로부터 이틀 뒤 미국 교수가 만든 벤처회사로부터 연락이 왔다. 기술료를 줄테니 기술을 이전해달라는 내용이었다.

이 회사엔 노벨상을 받은 화학자 학회지 편집장 등 미국의 거물급 화학자들이 발을 담그고 있어 이 회사를 선택하면 학자로선 더 나은 길을 걸을 수 있었지만 이 교수는 거절했다. 대신 SK에너지에 기술을 이전하기로 했다.

이미 3월말 SK, LG, 한화 등 기업들과 함께 한 워크샵 자리에서 SK측에 기술을 소개했고, 저탄소 녹색성장에 관심을 갖고 있던 SK에너지측도 많은 관심을 보여 상당한 수준의 이야기가 오고 가고 있던 상황이었다. SK에너지가 국내에선 유일하게 프로필렌옥사이드의 생산업체이고, 이산화탄소 포집해 판매하고 있다는 점도 매력적이었다. 무엇보다 국내 화학업계의 열악한 현실에 대한 안타까움이 큰 영향을 미쳤다.

“아직까지 화학업계는 대부분 선진국의 기술을 도입해 로열티를 지급하며 제품을 생산하고 있습니다. 저는 이 기술을 세계 최초로 국내에서 상업화해 외국으로 로열티를 받고 판매하는 사례로 만들고 싶습니다.”

SK에너지 “CO2플라스틱 연 200만톤 생산하겠다”

지난 10월 22일 아주대와 SK에너지는 촉매기술 특허이전 및 연구협력 계약을 체결했다. 이에 따라 SK에너지는 2010년 상용화를 목표로 내년 중으로 대전에 있는 기술연구원 내에 파일럿 플랜트를 만들어 기술개발을 시작하기로 했다.

서문호(왼쪽) 아주대 총장과 구자영 SK에너지 P&T 사장이 22일 서울 SK 본사에서 이산화탄소 플라스틱 촉매기술 특허이전 및 연구협력 계약을 체결한 뒤 악수하고 있다.

장기적으론 연 200만톤을 생산해 국내외 수요를 충당해나가기로 했다. 연 200만톤이면 한 해 동안 국내에서 생산하는 PVC량의 1.5배에 해당한다. 200만톤을 생산해내는 경우 SK에너지는 연 88만톤 가량의 석유 소비를 줄일 수 있다. SK에너지는 석유 소비를 줄인 만큼 탄소배출권을 확보할 수 있을 것으로 내다보고 있다.

이렇게 생산된 이산화탄소 플라스틱은 건축용 자재, 포장용 필름, 식품포장재 등으로 활용될 수 있을 전망이다. SK에너지 기술원의

김원석 부장은 “공기를 포함할 수 있는 점을 활용하면 스티로폼을 대체할 산업재를 만들 수 있고, 타더라도 유독가스를 적게 배출하기 때문에 건축용 자재 등에 적용할 수도 있다”며 “또 투명성이 좋으니까 포장용 필름을 만들 수도 있고 산소차단성이 좋은 점을 활용하면 랩 등 식품포장재나 식품용기 등을 생산할 수도 있을 것”이라고 내다봤다.

이산화탄소 플라스틱 연소 장면. 연소 중에는 유해가스 배출이 적고 연소 뒤에는 물과 이산화탄소로 분해된다.  

그렇다면 이산화탄소 플라스틱에서 이산화탄소의 비중은 얼마나 늘릴 수 있을까. 이 교수는 “이산화탄소만으로 플라스틱을 만드는 방법은 불가능하지만 다른 재료를 활용하면 최대 50%까지는 늘릴 수 있다”며 “현재 이산화탄소 플라스틱 원료인 프로필렌옥사이드를 바이오매스로 만들려는 연구도 진행되고 있다”고 설명했다. 앞으로 펼쳐질 녹색기술의 연금술이 무궁무진하다는 이야기다.  

2008. 11. 25

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