베이킹소다 성분 이용해 탄소를 유용한 물질로 바꾼다

서울대·한국과학기술연구원

연구팀이 새로운 이산화탄소 활용 기술을 이용해 고리형 카보네이트로 플라스틱을 합성했다. 서울대 제공.

고체 상태로 포집된 이산화탄소를 유용한 물질로 전환하는 기술이 개발됐다. 기존 산업 기술과 연계해 이산화탄소 활용 기술 상용화를 앞당길 수 있을 것으로 기대된다. 

탄소중립을 달성하려면 이산화탄소를 시장에 필요한 유용한 물질로 합성하는 기술이 필요하다. 이 기술은 기존 석유화학 기반 방법론과 유사한 경제성을 확보해야 한다. 이산화탄소 포집, 친환경 에너지, 그린 수소 등 저탄소 기술과 함께 혁신적인 이산화탄소 활용 기술이 개발돼야 탄소 감축 효과를 기대할 수 있다. 

서울대는 남기태 재료공학부 교수, 권민상 교수와 이웅 한국과학기술연구원(KIST) 책임연구원 공동 연구팀이 고체 상태로 포집된 이산화탄소를 활용해 배터리와 플라스틱 생산에 사용되는 ‘고리형 카보네이트’를 만드는 새로운 기술을 개발했다고 24일 밝혔다.

연구팀은 육상 식물보다 높은 이산화탄소 활용률을 보이는 미세조류에 주목해 세계 최초로 고리형 카보네이트인 에틸렌 카보네이트 합성 방법론을 개발했다. 미세조류는 이산화탄소가 물속에 포집된 형태인 중탄산염을 이용하도록 진화했다. 연구팀은 기체 이산화탄소 대신 중탄산염을 이용해 카보네이트 생산법을 개발한 것이다. 

베이킹소다의 주성분인 중탄산염은 산업 현장에서 암모니아 소다법으로도 불리는 솔베이 공정을 통해 이산화탄소로부터 생산된다. 기술 성숙도가 높은 탄소포집기술(CCU)인 탄소 광물화 기술을 통해 생성할 수 있는 물질이기도 하다. 

연구팀은 이러한 기존 산업과의 연계성을 보다 강화해 이산화탄소를 활용하는 기술 상용화를 앞당길 수 있는 방법을 개발했다. 산업에서 활용되는 전기화학 공정인 염소-수산화나트륨 공정과 유사한 형태의 전기화학 반응을 설계하고 에틸렌 카보네이트의 원료와 그린 수소를 함께 생산하는 시스템을 개발했다. 

연구팀은 생성된 에틸렌 카보네이트로부터 폴리우레탄 플라스틱을 효율적으로 합성하는 방법론을 제시해 새롭게 개발한 기술이 경제적이고 환경적이라는 점도 확인했다.

남 교수는 “이번 성과는 산업적으로 폭넓게 사용되는 유용한 물질을 고체 형태로 전환된 이산화탄소를 활용해 합성하는 세계 최초의 방법을 제시했다는 점에서 혁신적”이라며 “다양한 새로운 활용처 또한 개발 중에 있다. 기존 산업과의 연계성이 강한 기술을 개발해 추후 상용화까지 빠르게 나아갈 수 있을 것으로 기대된다”고 말했다.

권 교수는 “본 연구에서 개발한 공정을 기반으로 추후 다양한 종류의 카보네이트 물질을 합성할 수 있다"며 "이를 통해 부가가치가 높은 친환경 폴리우레탄 플라스틱을 개발할 수 있다는 점에서 중요한 연구”라고 설명했다. 

이 책임연구원은 “고체화합물 생산을 통해 이산화탄소를 장기간 격리할 수 있는 기술이 경제성을 가질 수 있음을 입증했다”며 “이 기술이 국가 온실가스 감축 계획 달성에 중요한 전기를 마련했다“고 평가했다. 연구 결과는 국제학술지 ‘네이처 신세시스’에 23일 온라인 게재됐다. 

공동 제1저자인 장준호 서울대 재료공학부 박사후연구원(왼쪽)과 김창수 KIST 선임연구원. 서울대 제공

[문세영 기자 moon09@donga.com]