황성연 한국화학연구원 바이오화학연구센터장 - 국가적 중점사업을 수행하면서 대한민국 화이트바이오산업에 컨트롤타워 역할 수행
황성연 한국화학연구원 바이오화학연구센터장 - 국가적 중점사업을 수행하면서 대한민국 화이트바이오산업에 컨트롤타워 역할 수행
  • 유지연 기자
  • 승인 2022.08.01 08:52
  • 댓글 0
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환경을 지킬 수 있는 친환경 신소재, 국가 경쟁력을 높이는 게임체인저
황성연 한국화학연구원 바이오화학연구센터장 ⓒ월간인물
황성연 한국화학연구원 바이오화학연구센터장 [사진=한국화학연구원 바이오화학연구센터]

[월간인물 유지연 기자]

■ 폐플라스틱의 사회문제 해결을 위한 연구를 집중적으로 수행

■ 목재나 옥수수와 같은 천연물 및 잠재자원을 활용한 바이오플랫폼 기술연구개발

■ 플라스틱 분해의 가속화를 위한 자연계 미생물 탐색 및 촉매기술 연구 등 수행

■ 개발된 원천기술을 기업에 기술이전을 하여 상용화 확대를 지원

■ 분석장비 및 실험장비 지원 통해 애로사항 해결해주는 중소기업 지원사업 진행

 

 

100% 생분해 비닐, 바이오플라스틱 등 그동안 개발한 신소재에 대한 소개 부탁드립니다.

2019년 처음으로 개발한 100% 생분해성 비닐은 기존의 생분해성 플라스틱이 물성이 취약하여 일반적인 석유계 비닐을 대체하는 데 한계가 있다는 것에 착안하여 이를 해결해보고자 하였습니다. 이에 목재에서 추출한 셀룰로오스 나노크리스탈이라는 물질을 보강제로써 생분해성 고분자를 제조하는 과정부터 분산을 시켜 아주 소량의 보강제(1000ppm 이하)만으로도 석유계플라스틱 동등 이상을 물질을 구현하는 데 성공하였습니다. 이 원천기술 연구는 학술적인 연구에 그치지 않고 기업에 기술이전 하여 상용화를 추진하였으며, 2023년 본 기술을 바탕으로 생분해성 바이오플라스틱 상용화를 위한 7만 톤 규모의 생산시설 설비구축을 확정하여 국내에서는 처음으로 생분해성 플라스틱 상용화를 이끌게 되었습니다. 또한, 마스크 폐기물이 해양오염을 일으키는 주범으로 자리 잡고 있습니다. 이에 사용 시에는 호흡도 편하고 필터 효율도 우수하지만, 사용 후에는 토양이나 해양에 버려져도 생분해가 잘 될 수 있게 하는 신기술기반 생분해성 마스크필러를 개발하였습니다. 우리가 개발한 생분해성 마스크 필터는 개발한 생분해성 소재를 활용하여 전기방사 방식으로 마이크로와 나노웹을 적층하는 방식으로 호흡을 편하게 만들 수 있었으며, 플러스 대전을 가지는 게 껍데기를 활용한 키틴나노소재를 영구코팅하여 바이러스나 먼지를 흡착할 수 있게 만들었습니다. 그 결과 15회 이상 연속 사용 시에도 KF94 필터 효율성을 그래도 유지할 수 있었으며 사용 후 토양매립 시에는 1달 안에 모두 분해되는 것을 확인할 수 있었습니다. 이외에도 플라스틱의 구조를 새롭게 디자인하여 생분해 속도를 빠르게 조절하거나, 자연에서 생분해성 바이오플라스틱을 분해시킬 수 있는 미생물을 선별하여 분해를 최적화시킬 수 있는 시스템을 구축하기 위한 연구를 수행하고 있습니다.

 

탄소중립 방안이 활발히 논의되고 있습니다. 이에 센터가 새롭게 시도하는 있는 것들이 있다면 무엇인지 말씀 부탁드립니다.

202232일 케냐 나이로비에서는 UN 환경총회가 열려 175개국의 국가원수, 환경부 장관 및 기타 대표자들이 참가하여 플라스틱 오염을 종식하고 2024년 말까지 법적 구속력이 있는 국제협약을 체결하기 위한 결의안을 채택하였습니다. UN 환경총회의 주된 내용으로는 플라스틱 사용에 있어서 순환경제구조, 전체수명주기, 지속가능한 생산과 소비가 이뤄져야 한다고 이야기하고 있습니다. 쉽게 이야기하면 석유계플라스틱의 사용은 지구 속에 잠들어 있는 이산화탄소를 인위적으로 끌어올려 사용하게 되어 지구온난화를 유발하는 것으로 미래의 플라스틱을 사용하기 위해서는 원료확보, 플라스틱 생산, 유통 및 소비에 이르기까지 각 단계마다 에코 디자인을 통해 탄소 발생을 줄이기 위한 노력을 해야 하며 이는 바이오플라스틱으로의 전환으로 이룰 수 있을 것이라 생각됩니다. 이를 상용화하기 위해서는 여러 가지 고민해야 할 것이 있습니다. 첫 번째로는 바이오매스에서 추출하는 원료를 석유계플라스틱과 경쟁할 수 있을 정도의 가격 경쟁력을 가질 수 있는 기술력을 확보하는 것입니다. 두 번째로는 기존 석유계플라스틱 동등 이상의 강도를 가질 수 있는 제조 원천기술의 확보를 필요로 합니다. 마지막으로 이를 리사이클 하거나 고부가가치의 업사이클링하는 기술을 확보를 통해 플라스틱의 다회성 사용을 확보하고 이외에서 생분해성 플라스틱은 효과적으로 분해시킬 수 있는 매립 최적화 시스템을 구축하여 자연으로 순환시킬 수 있는 기술들이 개발되어야 할 것이라고 보고 바이오화학연구센터에서는 각 분야별 전문가들이 문제해결을 위해 열심히 연구하고 있습니다. 최근 개발된 기술로는 가격 경쟁력 확보를 위해 우수한 균주를 개발하여 단량체의 생산성을 높이거나 고부가가치의 원하는 바이오원료만을 추출하는 기술을 개발하였으며, 화장품이나 세안제 등에 사용되는 1차 미세플라스틱(5mm 이하의 플라스틱을 통칭함)의 해양오염을 줄이기 위하여 사용 후 빨리 분해시킬 수 있도록 아미노산 또는 키토산 등을 활용한 미세플라스틱 제조기술을 개발하여 기술이전을 수행하였습니다. 그리고 최근 가장 관심받고 있는 기술을 손꼽으라면 산업용 엔지니어링 플라스틱 소재개발에 있어서 바이오매스 함량을 증가시키면서 기존 석유계플라스틱 물성 이상을 유지하는 신규소재의 개발이라고 생각됩니다. 이는 탄소중립을 위해서 반드시 플라스틱 생산의 전주기적평가(Life Cycle Assesment)를 통해 탄소저감이 얼마나 되었는가를 확인해야 하는데, 산업용 엔지니어링 플라스틱 분야에서는 아직 마땅한 대안을 마련할 수 있는 바이오플라스틱 개발이 이뤄지고 있지 않은 것으로 알고 있습니다. 다행히 최근 기업들이 많은 관심을 가지고 연구를 수행하고 있어서 곧 활성화될 것으로 기대되며, 해외 선진연구기관과의 기술격차가 아직은 크지 않아서 세계적인 경쟁력 확보도 충분히 가능할 것으로 기대됩니다.

 

황성연 한국화학연구원 바이오화학연구센터장 연구팀 [사진=한국화학연구원 바이오화학연구센터]

지난 한 해를 돌아보며 센터에서 이룬 여러 성과 중 가장 괄목한 점은 무엇인가요?

정말 다행히도 정부출연기관으로서 미래의 사회문제 해결을 위한 목표를 굽히지 않고 소신 있게 센터연구를 수행하여서 국민들이 플라스틱에 대한 오해와 해결방안에 대하여 모르는 부분이 있었다고 생각되는 데 이를 조금이나마 필요할 때 문제해결에 도움이 될 수 있었다는 생각에 가장 큰 자부심을 느끼고 있습니다. 특히 생분해성 플라스틱에 대한 존재를 전혀 모르거나 그린워싱을 유발한다는 친환경 플라스틱에 대한 오해들이 많았는데 이를 조금씩 풀어나가기 위해서 실제로 기업들과 생분해성 바이오플라스틱을 생산하고 제품화하여 일회용품을 많이 사용하는 다중문화시설에 배포하고 회수하여 직접 매립지에서 분해시키는 실증화 사업을 추진하고 있어서 곧 생분해성 바이오플라스틱이 플라스틱 문제를 해결하기 위하여 재활용, 재사용과 함께 필요한 대안이라는 것을 검증해 나갈 것이며, 한국화학연구원 바이오화학연구센터가 플라스틱 문제해결의 컨트롤타워 역할을 수행하기 시작하였다는 점에서 큰 의의를 둘 수 있을 것 같습니다. 이외에도 산업부의 지원을 받아 바이오플라스틱 공인인증센터를 구축하고 있습니다. 이에 대한 필요성을 이야기하자면, 현재 중소기업들은 생분해성 플라스틱 제품을 개발하여도 생분해도를 측정해줄 수 있는 국내기관이 없어서 해외 공인인증기관에 비싼 비용과 오랜 기간을 들여 인증을 받고 있습니다. 이는 기업에 큰 부담으로 작용되어 기업활동에 큰 문제로 나타났습니다. 이에 중소기업들의 수출을 돕고 기술적 지원을 하기 위해 국내에서 최초로 생분해성 평가, 바이오함량 평가, 독성평가 등 바이오플라스틱 산업화를 지원하기 위한 분석지원센터를 국내 최초로 개소하게 되어 원천기술연구, 상용화, 중소기업 기술지원 등 화이트바이오산업의 전반적인 시스템 구축에 큰 기여를 하고 있다는 것이 가장 괄목한 점이라 할 수 있겠습니다.

 

바이오플라스틱의 활성화를 위한 정부, 산학연, 시민들의 역할은 무엇이라 생각하시는지 센터장의 의견을 들어보고 싶습니다.

가장 중요한 점은 우리의 근본적인 목표는 폐플라스틱의 저감을 통한 사회문제 해결이라는 것을 잊으면 안 될 것 같습니다. 가장 안타까운 것이 각 분야별 이익에 따른 정책이 우선시 될 때는 근본적인 문제해결이 안 되는 경우가 많이 발생하는 것으로 보았습니다. 최근 정부에서는 각 부처별로 플라스틱을 줄이는 정책이 다르게 나타나고 있습니다. 환경부는 현재 일회용품에 적용하는 생분해성 바이오플라스틱에 친환경인증을 더 이상 주는 것을 없애는 방향으로 정책을 추진하고 있으며, 산업부는 생분해성 플라스틱을 석유계플라스틱 제품 대안으로 사용하는 것을 대안으로 이야기하고 있습니다. 그러나 보니 국민들도 플라스틱 정책에 대해 혼돈이 올 수 있으며 근본적인 줄이는 목표가 퇴색될 수 있다는 우려가 발생됩니다. 정부는 과학적인 근거를 바탕으로 플라스틱을 줄일 수 있는 정책을 마련해야 할 것입니다. 바이오플라스틱은 재사용 및 재활용과 함께 재활용이 불가능한 분야에 적용하는 것이 올바른 사용이라 판단되며 정부가 시장의 현실에 맞춰서 단계적으로 규제를 조정할 필요가 있다고 생각됩니다. 기업은 단순 이익보다는 ESG 경영을 위해서라도 지구환경에 도움이 되는 제품개발에 충실해야 할 것이며 이를 위해 학계는 원천기술연구에 매진하고 출연연은 원천기술과 생산기술의 간극을 줄이기 위한 기술확대 연구에 신경 써야 할 것입니다. 마지막으로 시민들은 플라스틱을 사용 후 반드시 업체에 회수시킬 수 있도록 의무화해야 진정한 플라스틱의 순환경제구조 확립을 통해 플라스틱 사용을 저감할 수 있을 것으로 생각합니다.

 

지금의 자리에 이르기까지 센터장님의 원동력이 있으셨는지요?

거짓말 같이 들리실 수도 있겠는데, 언제부터인지 모르겠는데 내가 개발한 연구가 조금이나마 사회문제를 해결하는데 기여하면 정말 좋겠다라는 생각이 들기 시작하였습니다. 그리고 많은 분들이 제 연구에 관심 가져주시고 제 이야기에 귀 기울여주시고, 학생들은 제 수업에 집중하며, 제 기술을 통해 기업들이 제품을 만드는 것을 보면서 적당히 살면 안 되겠다는 생각이 저절로 들게 되었습니다. 언제부터인지 모를 책임의식을 가지게 된 것이 지금까지 열심히 연구하게 된 계기인 것 같습니다. 가장 기억에 남는 것은 아무래도 우리팀이 만든 원천기술이 상용화가 된다는 기사가 났을 때 가장 뿌듯했던 것 같습니다. 그로 인해 더 열심히 할 수 있는 계기도 된 것 같습니다.

 

황성연 한국화학연구원 바이오화학연구센터장 [사진=한국화학연구원 바이오화학연구센터]

마지막으로 관련 분야 종사자들과 관계자 및 단체, 월간인물 독자들에게 전하고자 하시는 말씀, 응원이나 격려의 좋은 말씀을 부탁드립니다.

바이오플라스틱의 가장 큰 오해는 플라스틱 사용에 있어서 그린워싱이 될 것이라는 우려입니다. 그러나 이것은 과학적 근거가 없는 이야기입니다. 저는 바이오플라스틱이 개발하는 연구자이지만 이것이 상용화되어도 반드시 플라스틱은 안 쓰는 것이 좋고, 재사용하고 재활용해야 한다는 주장에는 변함이 없습니다. 다만 재활용이 어려운 식품 포장, 유통 등의 산업계에서 필수 불가적으로 사용되는 제품에 바이오플라스틱이 적용된다면 폐플라스틱 문제를 조금 더 해결할 수 있을 거라 확신하며 이를 위한 제도적 방안을 점진적으로 설계해야 한다라는 이야기를 드리고 싶습니다. 과학으로 만든 문제는 과학으로 해결하겠습니다. 월간인물 독자분들께도 바이오플라스틱에 많은 관심 부탁드립니다.

 


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