일본산업뉴스요약

Next Tech 2030
CO₂로 폴리우레탄 원료 제조
독성 가스를 사용하지 않고 제조 가능

온난화 가스인 이산화탄소(CO₂)를 이용해 다양한 제품에 사용되는 폴리우레탄의 원료를 만드는 일본발 연구 개발이 진행되고 있다. 현재는 독성이 강한 기체를 사용해 만드는 것이 주류지만 대체된다면 CO₂의 유효 이용과 함께 제조 시의 안전성이 높아진다. 2030년까지 산업기술총합연구소(산총연)가 Tosoh 등과 공동으로 대규모 실증실험에 착수, 기술 확립을 목표하고 있다.

폴리우레탄은 우레탄수지라고도 불린다. 탄력성이 있는 고무와 같은 소재다. 그릇을 닦을 때 사용하는 가정용 스폰지부터 자동차의 엔진 부재까지 폭넓게 사용된다. 1950년대 이후에 공업용으로서 세계적으로 보급되었다. 폴리우레탄의 세계 생산량은 연간 약 1,800만 톤이라고 한다.

현재 주류 제조법은 폴리우레탄의 원료가 되는 화합물을 만들 때 비용은 싸지만 독성이 상당히 강한 ‘포스겐’이라는 기체를 사용한다.

산총연 촉매화학융합연구센터의 최준철(崔準哲) 팀장은 12년, 포스겐 대신에 CO₂를 활용하는 참신한 방법의 실험에 세계에서 처음으로 성공하였다. 우레탄의 탄소 원자를 CO₂에서 추출하여 만들었다.

안정적인 화합물인 CO₂는 분해하기 어렵지만 금속 Alkoxide라고 불리는 촉매와는 잘 반응하는 것으로 알려져 있었다. 최 팀장은 이에 아민이라는 특수한 액체와 합한다면 우레탄을 화학적으로 제조할 수 있다는 사실에 주목하였다.

효율적인 반응을 위해 섭씨 150도, 50기압의 고온고압에서 20분간 반응시켜 시장규모가 큰 ‘방향족 우레탄’을 만드는데 성공하였다. 최 팀장은 “친환경적인 기술에 대한 수요는 높아지고 있다”라고 말한다.

현재 이 기술에 주목하는 이유는 선진국이 탈∙탄소사회로 선회하고 있기 때문이다. 대기 중의 CO₂를 회수하여 자원으로 사용하면 온난화 가스를 줄일 수 있다. 경제산업성이 올 봄부터 추진하고 있는 CO₂를 유효 활용하는 정책 ‘카본리사이클’의 유망 기술의 하나로도 선정되었다.

산총연은 실용화를 목표로 신에너지산업기술총합개발기구(NEDO), 화학업체인 Tosoh와 협력하여 화력발전소에서 나오는 CO₂를 회수해 우레탄으로 변환하는 실험을 시작하였다.

실험실과 달리 고온고압 상태를 만드는 것은 어렵다. 그래서 연구 그룹은 반응시키는 조건을 섭씨 100도 정도에서 10기압 정도로 낮추는 것을 목표로 기술 개발을 추진한다.

연구를 추진하는 후카야(深谷) 연구팀장은 “새로운 촉매도 계속 찾아 나간다”라고 말한다. 30년까지 대규모 실증을 추진, 기술을 확립할 생각이다.

독가스인 포스겐은 제1차 세계대전 때 화학병기로서 대량 사용되었다. 일본에서도 법률로 특정 산업용 이외의 사용을 엄격하게 규제하고 있다. CO₂로 대체하면 제조 시의 안전성을 높일 수 있다.

국내외에서 기술 보급이 추진되면 세계 전체에서 540만 톤, 일본에서도 12.8만톤의 CO₂를 유효 활용할 수 있을 것으로 추계하고 있다. 온난화 대책의 새로운 카드가 될지 주목된다.

-- 실용화, 비용이 장벽 --
CO₂를 자원으로 활용하는 ‘카본리사이클’에 대한 기업과 연구기관의 관심은 높아지고 있다. 정부가 6월에 결정한 온난화 대책의 장기전략에서도 CO₂ 삭감을 위한 핵심의 하나로서 선정되었다. 수소와 CO₂에서 메탄을 만드는 기술이나 바이오제트 연료 개발 등 많은 기술의 진전이 기대된다.

그러나 실용화를 위해서는 비용의 장벽을 뛰어넘어야 한다. 산총연이 진행하는 우레탄수지 제조 기술도 비용 면에서 포스겐을 사용하는 기존 방법에 훨씬 못 미친다. 환경에 악영향을 미치는 물질에 대한 규제는 강화되고 있기 때문에 기술에 대한 기대는 크다. 향후 실증실험에서는 비용 면에서의 검증도 중요한 테마가 될 것이다.

세계적으로 환경기술의 중요성이 증가하면서 향후 개발하는 신기술을 지적 재산으로서 보호하는 것도 중요해졌다. 산총연의 기술은 이미 유럽 기업이 무단으로 채용하려는 움직임이 있다고 한다. 최 팀장은 “지적 재산으로서 보호받지 못하면 개발을 계속하기 어려워진다”라고 말한다. 국제적인 특허 취득도 과제다.

카본리사이클은 일본에서 만든 조어라고 한다. CO₂ 활용에서 세계를 리드하기 위해서는 컨셉트에 머물지 말고 비용이나 지적 재산 보호 등에서도 산∙학∙관의 협력이 필수다.

● CO₂에서 우레탄 수지를 만드는 기술 개발 경위

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