이산화탄소 없애는 플라스틱 기술 [우리가 몰랐던 과학 이야기] (183)

이산화탄소는 온실 가스의 일종으로 지구 온난화 및 기후 변화를 일으키는 것으로 인식되고 있습니다. 이산화탄소 배출을 줄이기 위해 세계적으로 노력하고 있습니다.

이 이산화탄소를 활용해 새로운 플라스틱 원재료를 만드는 연구가 진행되고 있다고 합니다. 이산화탄소로 만든 플라스틱 제품은 과연 어떤 모습일지 알아보겠습니다.

◆재생 가능 원료로서 이산화탄소

화학제품을 만드는 데 재생 가능 원료의 사용은 지속 가능한 미래를 위한 중요한 요소입니다. 이러한 의미에서 무독성인 이산화탄소는 그 양이 풍부해 경제적이면서도 유용한 재생 가능 원료로 볼 수 있습니다.

또한 대기 중에 배출되는 이산화탄소를 재활용하면 온실 효과를 낮출 수 있습니다. 현재 많은 이들이 이산화탄소를 원료로 하는 화학물질을 만드는 연구를 수행하고 있으며, 조금씩 그 성과가 나타나고 있습니다.

◆이산화탄소로 어떻게 플라스틱을 만들까?

이산화탄소 플라스틱. 출처=이분열 아주대 응용화학생명공학과 교수

아주대 이분열 응용화학생명공학과 교수팀은 2008년 이산화탄소 플라스틱을 개발해 화제가 됐습니다.

이 교수는 당시 “폴리우레탄을 만드는 데 사용하는 프로필렌옥사이드 액체 56g을 넣은 통에 44g만큼의 이산화탄소를 집어넣습니다. 여기에 촉매를 넣어주면 이산화탄소와 프로필렌옥사이드가 사라지고 새로운 고체물질 100g이 나옵니다. 이게 이산화탄소 플라스틱입니다”라고 설명했습니다.

당시 촉매를 통해 이산화탄소 분자 2만2000개를 플라스틱으로 바꿀 수 있었으며, 단위시간당 분자 2만5000개를 바꿀 정도로 반응 속도도 빠른 것으로 나타났습니다.

◆이산화탄소로 만든 식물성 플라스틱 PEF

바이오 플라스틱 PEF. 출처=폴리에스터타임(Polyestertime)

2016년 국제 학술지 네이처에는 PEF라는 플라스틱을 만드는 과정에서 이산화탄소를 원료로 쓰는 새로운 반응이 개발됐다는 내용의 논문이 실렸습니다. PEF는 사탕수수나 옥수수에서 얻는 과당을 원료로 만들어지는 식물성 플라스틱으로, PET(페트·폴리에틸렌테레프탈레이트)를 대체할 소재로 주목받고 있습니다.

미국 스탠퍼드대의 화학자들은 옥수숫대와 톱밥 등 바이오매스에서 얻는 원료에 탄산세슘을 촉매로 해 이산화탄소를 반응시켜 PEF를 만드는 새로운 플라스틱 합성공정을 개발, 대기 중 이산화탄소의 농도를 낮추는 데 기여할 것으로 기대하고 있습니다.

◆이산화탄소 플라스틱 연구의 국내 현황

나노 구리 촉매 전극을 이용한 이산화탄소 전환 시스템 개요도. 출처=한국과학기술연구원(KIST)

한국과학기술연구원(KIST)은 최근 플라스틱 제품의 기초 물질 중 하나인 에틸렌을 이산화탄소로 대량 생산할 수 있는 시스템의 개발에 성공했으며, 한국생산기술연구원도 이산화탄소와 일산화탄소를 플라스틱 원료 물질로 만들 수 있는 기술을 개발했습니다.

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

국내 연구진이 개발한 이 같은 이산화탄소 기반 기술은 상용화된다면 친환경 플라스틱을 대량 생산할 수 있으며, 화석연료 이용으로 인한 환경비용을 크게 절감할 것으로 기대하고 있습니다.

이산화탄소를 원료로 한 플라스틱은 대기 중 풍부한 자연원료를 고부가가치 화학원료로 만들고, 석유 의존도를 낮출 수 있다는 데 의미가 있습니다. 여기에다 온실효과를 줄일 수 있어 친환경 화학원료로도 주목받고 있습니다. 이산화탄소가 지구 온난화의 주범에서 새로운 자원으로 이미지 변신에 성공할 수 있을지 기대가 큽니다.

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