원유 대신 '나무·미생물'로… 강도 4배 높인 우레탄 개발
경희대·서강대 연구팀, '이중 바이오 원료' 활용 고성능 고무소재 개발
열 견디는 온도 260도까지 상승… 자동차·전자 부품 등 대체 기대
[파이낸셜뉴스] 국내 연구진이 원유 기반 화학 제품을 대체해 자동차 부품이나 스마트 기기 등에 쓰일 수 있는 고성능 친환경 고무 소재를 개발했다.
경희대학교 화학공학과 이은열 교수와 서강대학교 화공생명공학과 박제영 교수 공동연구팀은 미생물이 만든 바이오플라스틱과 나무 추출물(리그닌)을 동시에 활용해 기존 석유 기반 제품보다 강도와 열 안정성이 대폭 향상된 친환경 폴리우레탄 탄성체(고무)를 개발했다고 6일 밝혔다. 이번 연구 결과는 국제 학술지 '인터내셔널 저널 오브 바이오로지컬 매크로몰레큘스' 10월호에 게재됐다.
이번에 개발된 친환경 고무는 기존 제품 대비 당기는 힘에 버티는 기계적 강도가 약 4배 강해졌다. 동시에 원래 길이의 약 3배(280%) 가까이 끊어지지 않고 쭉 늘어나는 유연성도 확보했다. 특히 열에 녹거나 분해되기 시작하는 온도가 기존 159도에서 260도로 100도 이상 높아져, 고온 환경에서 사용해야 하는 산업용 부품 소재로서의 한계를 극복했다.
산업용 타이어나 자동차 부품, 스마트 기기 등에 폭넓게 쓰이는 폴리우레탄은 주로 원유를 원료로 만들어져 썩지 않는 플라스틱 쓰레기 문제를 일으켜 왔다. 이를 해결하기 위해 친환경 원료를 도입하려는 시도가 이어졌으나, 단일 바이오 원료만 사용할 경우 재료가 잘 섞이지 않거나 뻣뻣해져 성능이 떨어지는 한계가 있었다.
연구팀은 단단한 구조를 가진 나무 성분(리그닌)으로 뼈대를 만들고, 길고 부드러운 바이오플라스틱 성분을 화학적으로 단단히 결합하는 '이중 원료' 방식을 도입해 이 문제를 해결했다. 두 친환경 원료가 분자 단위에서 골고루 섞이면서 서로의 단점을 보완해 튼튼함과 잘 늘어나는 성질을 동시에 갖추게 된 것이다.
공동연구팀은 "단일 친환경 원료만으로는 달성하기 어려웠던 튼튼함과 유연함의 딜레마를 두 원료의 화학적 결합을 통해 해결했다"며, "앞으로 자동차 부품이나 의료 장비 등 고성능 고무 소재가 필요한 다양한 산업 분야에서 훌륭한 친환경 대체 소재로 쓰이길 기대한다"고 전했다.
한편, 이번 연구는 과학기술정보통신부의 'C1 가스 리파이너리 밸류업 사업' 지원을 받아 수행됐다. 연구팀은 온실가스인 C1 가스로부터 친환경 바이오플라스틱을 생산하는 방식을 적용해 탄소 자원 재활용과 환경 보호 측면에서도 큰 의미를 지닌다고 설명했다.
[email protected] 김만기 기자
