아주대, 친환경 고분자 소재 제조 기술 개발

[이데일리 신하영 기자] 국내 연구진이 이산화탄소를 통해 친환경 고분자 소재 제조가 가능한 고활성 촉매를 세계 최초로 개발했다.

아주대 연구팀의 연구 내용이 실린 국제 학술지(ACS Sustainable Chemistry&Engineering) 표지.(사진=아주대 제공)

아주대는 장혜영 화학과 교수팀이 이러한 연구 성과를 거뒀다고 23일 밝혔다. 이번 연구에는 아주대 장혜영 교수(화학과·대학원 에너지시스템학과)와 김승주 교수(화학과)가 교신저자로, 양용문 석사 졸업생(대학원 에너지시스템학과)과 성기혁 박사과정생(대학원 에너지시스템학과)이 공동 제1저자로 참여했다.

화석 연료가 기반인 플라스틱 산업에선 다량의 온실가스가 배출된다. 이 때문에 온실가스 배출을 줄여야 하는 탄소 중립 시대에는 이산화탄소를 통해 친환경 소재를 만드는 기술이 주목받고 있다.

친환경 고분자 소재를 만들려면 ‘촉매 기술’을 해결해야 한다. 화학적으로 안정된 이산화탄소를 활성화해 화학반응을 일으키려면 적절한 촉매가 필요하기 때문이다.

이산화탄소로부터 플라스틱 원료인 PPC(Polypropylene carbonate)를 제조하는 핵심 공정에선 촉매 기술이 사용된다. 다만 독성이 없고 단가를 충족, 실제 산업에 적용 가능한 촉매는 그 수가 한정적이다.

현존하는 PPC 제조 촉매 기술 중 상용화 공정에서 주로 사용되는 불균일 촉매는 아연-글루타릭산 촉매와 아연-코발트 기반 촉매인 DMC(double metal cyanide) 촉매다. 아연-글루타릭산 촉매는 고분자 내 이산화탄소 첨가 비율은 높으나 활성이 매우 낮고, DMC 촉매는 활성은 높으나 고분자 내 이산화탄소 첨가 비율이 낮다는 단점이 있다.

연구팀은 이 두가지 촉매의 단점을 해소하는 촉매를 세계 최초로 개발했다. 이산화탄소 첨가 비율이 높으면서도 활성도가 높은 무독성 촉매를 만든 것이다.

장혜영 아주대 교수는 “이산화탄소 첨가 비율이 높으면서, 활성도까지 기존의 DMC 촉매 수준 으로 높은(98% 이상) 불균일 촉매를 세계 최초로 보고했다는데 이번 연구의 의의가 있다”며 “석유화학 기반의 폴리카보네이트 플라스틱 산업을 이산화탄소 활용 친환경 고분자로 대체할 수 있는 혁신적 촉매 기술이 될 것“이라고 설명했다.

장 교수는 이어 “여러 분야 산업체에서 포집한 이산화탄소를 활용하여 플라스틱을 제조하는 선순환 구조를 만들 수 있을 것”이라며 “탄소 국경세 부과를 앞두고 친환경 소재 개발이 시급한 국내 화학 산업에서 활용이 가능하며, 실제 국내외 석유화학 기업에서 적극적으로 관심을 보이고 있다”라고 덧붙였다.

이번 연구는 한국연구재단 연구개발 사업의 지원을 받아 수행했다. 연구 결과는 저명 국제 학술지(ACS Sustainable Chemistry&Engineering) 2월 온라인판에 게재됐다.