국제학술시 ‘네이처 신세시스’ 게재
고체 탄소 활용한 고리형 카보네이트 생산 제시
이산화탄소 활용률 높은 미세조류서 착안
산업 연계 기술 상용화 추진


서울대학교공과대학은 서울대와 한국과학기술연구원(KIST) 공동연구팀이 새롭게 개발한 친환경 고리형 카보네이트(탄산염) 생산법이 혁신성을 인정받아 국제학술지 네이처 신세시스(Nature synthesis)에 게재(5월 23일자)됐다고 24일 밝혔다.

공동연구팀은 남기태 서울대 공과대학 재료공학부 교수와 권민상 교수, 이웅 KIST 박사(고려대 겸임 교수) 등으로 구성됐다. 카보네이트는 배터리와 플라스틱 생산에 사용되는 소재다. 탄산 내 수소가 금속으로 변한 화합물로 이해할 수 있다.

이번 연구에서 공동연구팀은 육상 식물보다 높은 이산화탄소 활용률을 보이는 미세조류에 주목했다. 이산화탄소가 물속에 포집된 형태인 중탄산염을 이용하도록 진화한 미세조류는 육상 식물보다 빠르게 이산화탄소를 활용해 광합성을 진행한다. 이에 착안해 기체 이산화탄소 대신 중탄산염을 이용하는 에틸렌 카보네이트 합성 방법론을 연구해 개발했다.

중탄산염은 산업적으로 솔베이 공정(암모니아소다법)을 통해 이산화탄소로부터 생산되고 있다. 베이킹소다 주성분이기도 하다. 기술 성숙도가 높은 CCU(탄소 포집 및 활용) 기술인 탄소광물화를 통해 생성 가능한 물질이다. 솔베이 공정은 염화나트륨과 탄산칼슘으로 염화칼슘과 탄산나트륨을 생성하는 공정을 말한다.

공동연구팀은 기존 산업 연계성을 강화해 기술 상용화를 앞당긴다는 목표다. 이를 위해 산업에서 활용되는 전기화학 공정인 염소-수산화나트륨 공정과 유사한 형태의 전기화학 반응을 설계하고 이를 이용해 고리형 카보네이트 원료와 그린수소를 함께 생산하는 시스템 개발했다고 한다. 또한 공동연구팀은 생성된 에틸렌 카보네이트로부터 폴리우레탄 플라스틱을 효율적으로 합성하는 방법론을 제시했다. 이번 고리형 카보네이트 생산법의 경제성과 친환경성을 확인했다는 설명이다.

남기태 서울대 재료공학부 교수는 “산업적으로 폭넓게 사용되는 유용한 물질을 고체 형태로 전환된 이산화탄소를 활용해 합성하는 세계 최초의 방법을 제시했다는 점에서 의미가 있다”며 “새로운 활용처를 발굴·모색하면서 기존 산업과 연계할 수 있는 기술로 완성해 빠르게 상용화할 수 있을 것으로 기대하고 있다”고 말했다.

이웅 KIST 박사는 “고체화합물 생산을 통해 이산화탄소를 장기간 격리할 수 있는 기술이 경제성을 가질 수 있다는 것을 입증했다”며 “상용화 시 국가 온실가스 감축에도 기여할 수 있을 것으로 기대한다”고 평가했다.

한편 오는 2050년까지 탄소중립 달성을 위해서는 CCU 분야 혁신이 필수다. 한국은 2030년까지 국가 결정 기여(NDC) 계획 일환으로 2018년 수준(7억2760만 톤)에서 40%(2억9100만 톤) 수준으로 탄소배출량을 저감한다고 선언한 바 있다. 업계에서는 CCU 혁신이 약 400만 톤 규모 탄소배출 저감에 기여할 수 있을 것으로 보고 있다.

이번 연구논문 제1저자인 장준호 서울대 박사와 김창수 KIST 박사는 각각 서울대 박사후연구원과 KIST 선임연구원으로 재직 중이다. 해당 연구 프로젝트는 한국연구재단 미래소자디스커버리사업, DACU원천기술개발사업, 능동학습법 활용한 이산화탄소 동시 포집-전환사업, 환경부 전기화학 촉매물질개발사업, 산업통상자원부 수송기기 경량화를 위한 접착제 개발사업 등을 지원하기 위한 일환으로 추진됐다.

김민범 동아닷컴 기자 mbkim@donga.com