[MonthlyNow] 이산화탄소 플라스틱의 새 면모... 과학 기술 원천

우리가 알고 있는 이산화탄소는 온실가스를 유발하는 일종으로 지구 온난화 및 기후 위기를 일으키는 부정적 인식이 존재한다. 그러므로 전 세계적으로 이산화탄소 배출량을 줄이기 위해 노력을 하고 있다. 최근 이산화탄소에 변화가 감지되는 분위기다. 새로운 플라스틱 원재료로 이산화탄소를 활용되는 연구가 활발하게 진행되고 있는 상태다.

이산화탄소, 유용한 재생가능 원료 1순위

아주대 이분열 응용화학생명공학과 교수팀은 2008년 이산화탄소 플라스틱을 개발해 주목받은 바 있다. 화학제품을 만들 때 재생 가능한 원료를 사용한다면 지속 가능한 미래를 위해 중요하게 작용할 수 있다. 이런 의미에서 볼 때 이산화탄소는 무독성인 데다 양도 무궁무진해 경제적이고 유용한 재생 가능 원료로 1순위로 꼽힌다.

대기 중에 배출된 이산화탄소를 재활용할 때 온실 효과를 낮추는 장점도 있다. 현재 연구업계에선 이산화탄소를 원료로 사용해 화학물질 연구수행에 집중하는 분위기다.

당시 이 교수는 폴리우레탄을 만드는 데 사용하는 프로필렌옥사이드 액체 56g을 넣은 통에 44g만큼의 이산화탄소를 집어넣어 연구를 진행했다고 설명한다. 여기에 촉매제를 넣어주는 방법을 활용하니 이산화탄소와 프로필렌옥사이드가 사라지고 새로운 고체 물질 100g이 발생하는데 이는 이산화탄소 플라스틱이 만들어진 것이라는 게 이 교수 측 설명이다.

당시 촉매를 통해 이산화탄소 분자 2만2,000개가 플라스틱으로 탈바꿈한 것이다. 단위시간 당 분자 2만5,000개를 바꿀 정도로 반응 속도도 상당했다는 결과다.

게다가 2016년 국제 학술지 네이처에 따르면 PEF라는 플라스틱을 만드는 과정에서 이산화탄소를 원료로 사용하는 새로운 반응이 개발됐다는 내용의 논문이 실린 것으로 알려졌다. PEF는 사탕수수나 옥수수에서 얻는 과당을 원료로 만들어내는 식물성 플라스틱을 말한다, PET(페트·폴리에틸렌테레프탈레이트)를 대체할 소재로 주목받고 있다.

미국 스탠퍼드대 소속 화학자들은 바이오매스에서 얻는 원료에 탄산세슘을 촉매로 하며 이산화탄소를 반응시킨다. PEF를 만드는 새로운 플라스틱 합성공정을 개발, 대기 중 이산화탄소의 농도를 낮출 수 있다는 점에서 기대감이 크다.

플라스틱 생산 연구 성과 두드러져

최근 들어 이산화탄소로 플라스틱 생산 성과가 드러나고 있다는 모습이다. 국내에서도 연구 속도가 활발하다. 한국과학기술연구원(KIST)은 최근 플라스틱 제품의 기초 물질 중 하나인 에틸렌을 이산화탄소로 대량 생산할 수 있는 시스템 개발에 성공했다. 한국생산기술연구원도 이산화탄소와 일산화탄소를 플라스틱 원료 물질로 만들 수 있는 기술을 개발한 것으로 알려졌다.

또 기초과학연구원(IBS) 나노 입자 연구단은 지난달 원자 26개로 이뤄진 ‘세상에서 가장 작은 반도체’를 만들고 이를 촉매로 활용해 이산화탄소를 플라스틱 원료로 바꾸는 기술을 개발했다고 밝혔다.

국내 연구진이 개발한 이산화탄소 기반 기술이 상용화되면 친환경 플라스틱을 대량 생산가능하다. 화석연료 이용으로 인한 환경비용을 크게 절감할 것으로 기대감이 크다.

이를 바탕으로 이산화탄소만 분리해 모을 수 있는 기술 또한 발전되고 있다. 이는 산업시설에서 배출되는 이산화탄소를 감축시켜 오는 2050년까지 탄소중립 실현을 위한 움직임이 본격화 되는 모습이다. 한국에너지기술연구원은 이산화탄소 포집 기술 '키어솔(KIERSOL)'을 SK머티리얼즈에 이전했다. 에너지기술연구원 윤여일 박사팀이 개발한 이 기술은 산업체에서 즉시 사용 가능한 것이다.

이산화탄소를 원료로 한 플라스틱은 대기 중 풍부한 자연원료를 고부가가치 화학원료로 만들어낸다. 특히 석유 의존도를 낮출 수 있다는 데 의미가 크다. 친환경 화학 원료가 주목되는 시점에서 온실효과까지 감소시키는 등 지구 온난화의 주범이었던 이산화탄소가 새로운 자원으로 이미지 변신에 성공할 수 있을지는 미지수다. 한편 우리가 몰랐던 일상적인 과학 이야기를 통해 향후 대체에너지 관련 청사진을 그려봤다. 4차산업혁명 관련 다가올 미래, 이산화탄소를 줄일 수 있는 플라스틱 개발에 관심이 집중된다.