그중에서도 이산화탄소를 실제 상용화 가능한 제품으로 재탄생시키는 방식은 국내외 연구계가 가장 집중하고 있는 분야다. 제작 과정에서 탄소배출이 없고, 고비용·시간이 들지 않는 조건 하에 기업과 소비자에게 직접적인 탄소저감·이익 효과를 줄 수 있기 때문이다.

그 가운데 지난 6월 이산화탄소를 이용한 화장품 쿠션과 건축 단열재, 생분해성 비닐봉투 등 '이산화탄소 제품화'에 앞장서고 있는 국내 연구진을 만났다. 바로 한국화학연구원이다.

◆ CO₂로 만든 화장품 쿠션·단열재가 있다?
 

연구팀은 카보나이트 활용 방법으로 폴리우레탄을 구상, 이를 위해 중간 공정 원료인 '폴리올'을 탄생시켰다. 이산화탄소를 함유한 카보네이트를 활용한 폴리올로 폴리우레탄까지 간 것이다.

그에 따르면 폴리올의 성분에 따라 경질, 연질 등 폴리우레탄 성질이 달라진다. 연구팀은 이산화탄소를 이용해 모든 성질을 구현해냈다. 여기서 경질은 딱딱한 건축 단열재를, 연질은 부드러운 화장품 쿠션·침대 메트리스를 의미한다.
 

연구팀이 개발한 카보네이트 촉매 공정엔 50%의 이산화탄소가 들어가며, 완성된 제품의 이산화탄소 함유량은 약 5%다. 해당 촉매는 파일럿 규모의 생산도 가능하다.

더불어 라이프사이클이 1을 넘지 않는다. 라이프사이클이란 제조에서 폐기에 이르기까지 직·간접적으로 소비되는 이산화탄소량을 의미한다. 1이 넘어가면 이산화탄소 포집량보다 제조과정에서의 이산화탄소가 더 많다는 뜻으로, 결국 무용지물을 의미다. 조 박사에 따르면 메탄 등 대부분의 연료가 1을 넘긴다.

조 박사는 "누구든지 이산화탄소 활용 기술은 개발할 수 있지만, 결국은 경제성이 중요하다"며 "모든 화학반응은 에너지가 있어야 하는데, 그 에너지엔 CO2가 있다. 아무리 많은 이산화탄소를 포집한다 해도, 그 과정에서 더 많은 이산화탄소가 배출되면 탄소중립이 될 수 없다. 일종의 딜레마지만, 세계의 화학자들은 진정한 탄소중립을 위해 오늘날도 연구하고 있다"고 말했다.

◆ '생분해성 플라스틱'으로 비닐, 옷, 빨대 만든다
 

여기에 화학연이 나섰다. 오동엽 화학연 박사 연구팀은 여러 목적에 따라 다른 특성을 지닌 바이오플라스틱(PBS)으로 생분해성 비닐봉투를 개발했다. 실험 결과 땅속에서 100% 생분해되는 데 약 6개월이 소요됨을 확인했다. 생분해를 위한 단일 고분자를 택하니 제작비용 또한 절감됐다.

☞바이오플라스틱(PBS‧Polybutylene succinate): 대표적인 생분해성 바이오플라스틱으로, 바이오매스와 석유 부산물 기반 단량체를 중합해 제조한 고분자.

연구팀은 기존 잘 찢어지는 생분해성 비닐봉투의 단점도 보안했다. 이들은 목재펄프와 게 껍질에서 각각 추출한 셀룰로오스와 키토산을 이용해 화학처리한 후 고압 조건에서 박리했다. 이후 나노섬유가 분산된 수용액을 생산, 바이오플라스틱에 접목했다. 그 결과 평균 35메가파스칼(MPa) 이하인 기존 바이오플라스틱 비닐봉투에 반면 연구팀의 비닐봉투는 65~70MPa 인장강도를 보였다.
 

오 박사는 "전 세계의 재활용률이 8%인 반면 한국은 60%지만 의미 없는 게 사실"며 "플라스틱 종류가 다 섞여 있어 반 이상을 소각하기 때문"이라고 설명했다.

현재 연구팀은 비닐을 포함해 옷, 빨대, 실 등 다양한 친환경 제품을 생산 중이다. 울산 시민들에게 비닐, 빨대, 컵 등을 무료 나눔 하는 사업도 1년 차에 들어섰다. 향후 4년간 생산량을 점차 늘려 소비량을 증가시키는 방식으로 간다는 계획이다.

오 박사는 "수도권 매립지가 2025년 사용 종료됨에 따라 플라스틱 재활용 방안이 시급해진 상황"이라며 "생분해성 플라스틱을 이용해 옷, 신발 등을 리사이클, 최적의 매립지·환경 문제 해결방안을 찾아야 한다"고 말했다.

그는 이어 "친환경이라는 게 쉽지 않다. 플라스틱이 처음 벌목 방지를 위해 개발됐듯이, 어느 과학자도 처음부터 완벽한 기술을 내놓긴 어렵다. 그 시대에 맞춰 최선을 다하고 지속적인 보안방법을 과학자들이 찾아야 한다"고 강조했다.