세계적으로 1회용 플라스틱 사용을 금지하거나 기존 석유계 플라스틱 대신에 생분해성 플라스틱, 바이오 유래 플라스틱 등 리뉴어블 플라스틱에 대한 관심도 급증하는 추세다. 그런 가운데 국내연구진이 리뉴어블 플라스틱 원료를 생산할 수 있는 촉매 기술을 개발해 주목된다. 

서영웅 한양대학교 화학공학과 교수 연구팀은 가격은 낮으면서 안정성이 높은 다공성 구리 촉매를 개발, 유기성 폐자원 원료에서 리뉴어블 플라스틱 원료로 주목받는 퓨란계 다이올 합성에 성공했다고 30일 밝혔다.

퓨란계 다이올 합성은 고가의 귀금속이 아닌 구리를 사용하고 낮은 온도에서 반응 효율이 높은  촉매 확보가 관건이다. 연구팀은 물 사용을 억제한 '고상 합성법'을 개발, 기존 촉매의 한계를 뛰어넘는 활성과 수명을 확보했다. 

연구팀은 '고상 합성법'으로 촉매 대량 생산에도 성공했다. 실제 공정에 사용하는 성형 촉매를 제조하는 기술까지 확보했다. 연구팀은 촉매기술에 대해 국내는 물론 미국에도 특허 출원·등록을 마치며 지적재산권을 확보한 상태다.

이처럼 연구팀은 독자적으로 촉매를 개발하면서 퓨란계 다이올 합성 연구를 본격화 했다. 합성한 촉매를 이용해 퓨란계 다이올을 생산하는 촉매 반응을 진행, 100 ℃이하의 온도에서 100% 수율과 장시간 활성이 유지되는 결과를 확보했다. 원료에 존재할 수 있는 다양한 불순물에 대한 영향까지 파악해 원료 변화에 대응할 수 있는 촉매시스템도 구축했다.

연구팀은 기업과 협력 연구를 통해 가격경쟁력이 있는 원료를 촉매반응에 이용하는 연구를 진행 중이다. 원료 제조부터 촉매반응까지 전 과정의 기술을 확보, 상업적인 생산도 준비하고 있다. 특히 총괄과제 '당류 유기성 폐자원 활용 CO₂ 전환 폴리머 플랫폼 제조 원천 촉매 개발' 내 연구팀과 협력하며 리뉴어블 플라스틱도 합성하고 있다.

이번 성과로 생산된 퓨란계 다이올은 폴리에스테르, 폴리우레탄 등 플라스틱 제품을 만드는 원료인 폴리올을 대체할 수 있다. 때문에 친환경 특성을 갖는다는 평가를 받는다. 연구팀은 이를 통해 만들어진 리뉴어블 플라스틱이 일상생활에 많이 사용될 수 있을 것으로 기대했다.

서영웅 교수팀은 바이오매스 물질로부터 석유대체 연료와 화학제품을 생산하는 촉매 반응을 다년간 개발해 왔다. 코오롱, 애경유화 등 화학기업들과 공동으로 리뉴어블 플라스틱 원료를 만드는 기술개발 연구도 활발하게 진행하고 있다. 

한편 이번 연구는 과학기술정보통신부 산하 '차세대 탄소자원화 연구단(단장 전기원 박사)'의 지원을 받아 수행됐다.