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탄소자원화

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진짜 돈 되는 ‘이산화탄소’ 등장!

지구 온난화로 인한 이상 기후 현상이 심화되면서 전 세계적으로 탄소 중립이 중요한 과제로 떠오르고 있습니다. 특히 이산화탄소는 온실가스의 주범으로 지목되어 왔지만, 최근에는 이를 단순히 배출을 줄여야 할 대상이 아닌 새로운 자원으로 바라보는 시각이 확산되고 있습니다. CCU(탄소 포집 및 활용) 기술은 환경 보호와 경제적 가치 창출이라는 두 마리 토끼를 동시에 잡을 수 있는 혁신적인 해결책으로 평가받습니다. 우리 실생활에서도 이러한 탄소 활용 기술이 적용된 사례를 쉽게 찾아볼 수 있습니다. 공기 중에서 직접 포집한 이산화탄소를 활용해 향수에 들어가는 에탄올을 제조하거나 탄산음료를 만드는 방식이 대표적입니다. 또한 이산화탄소에서 추출한 원료로 침대 매트리스의 폴리우레탄을 가공하거나 건축 자재용 콘크리트를 생산하기도 합니다. 이러한 기술은 가까운 미래에 이산화탄소로 지어진 아파트에 입주하는 흥미로운 풍경을 현실로 만들어 줄 것입니다. 한국화학연구원이 개발한 '건식 개질 기술'은 이산화탄소와 메탄을 반응시켜 수소와 일산화탄소로 구성된 합성가스를 만드는 공정입니다. 이 합성가스는 거의 모든 석유 화학 제품의 기초 원료로 쓰일 수 있어 활용도가 매우 높습니다. 과거에는 기술적 난이도가 높고 기업의 관심이 부족해 상용화에 어려움이 많았으나, 수많은 시행착오 끝에 세계 최고 수준의 탄소 감축 효과를 증명하며 원천 기술을 확보하는 데 성공했습니다. 이번 기술 개발의 성공 이면에는 한국화학연구원과 민간 기업의 끈기 있는 협력이 있었습니다. 15년 전 기후 변화에 대한 사회적 인식이 낮았던 시절부터 환경 개선이라는 가치에 주목하여 투자를 아끼지 않았던 노력이 마침내 결실을 본 것입니다. 현재 울산에는 세계 최대 규모인 연간 8,000톤 규모의 건식 개질 플랜트가 가동되고 있으며, 이를 통해 반도체 세정제나 고분자 모노머 등 고부가가치 제품을 생산할 준비를 마쳤습니다. 앞으로 탄소 저감 기술은 국가의 수출 경쟁력을 결정짓는 핵심 지표가 될 전망입니다. 유럽의 탄소국경조정제도(CBAM)와 같은 무역 장벽이 강화되는 상황에서, 저탄소 공정으로 생산된 제품은 글로벌 시장에서 강력한 무기가 됩니다. 자원 빈국인 우리나라가 이산화탄소를 원료로 활용하는 기술력을 보유한다는 것은 화석 연료를 대체할 수 있는 '기술 산유국'으로 도약함을 의미하며, 이는 지속 가능한 미래를 위한 든든한 기반이 될 것입니다.

진짜 돈 되는 ‘이산화탄소’ 등장!
한국화학연구원
  • 화학
  • 지구환경과학
  • 융합
  • 공학·기술

[우연소] 지구를 지키는 플라스틱 재활용 기술 연구실

현대 사회에서 폐플라스틱은 해결해야 할 가장 시급한 사회적 문제 중 하나로 손꼽힙니다. 한국화학연구원 탄소자원화연구단은 이러한 이슈에 대응하여 폐플라스틱의 효율적인 재활용을 위한 연구를 활발히 진행하고 있습니다. 특히 기업들이 상대적으로 다루기 까다로워하는 폐스티로폼과 폴리에스테르(PET)를 주요 연구 대상으로 삼아 원천 기술을 확보하는 데 집중하고 있습니다. 이는 단순한 연구를 넘어 실제 산업계에 적용 가능한 수준의 성과를 목표로 하며, 지속 가능한 미래를 위한 중요한 발걸음이 되고 있습니다. 연구단은 단순히 실험실 단계의 성과에 머무르지 않고, 기술의 상용화를 위해 구체적인 이정표를 세우고 있습니다. 이미 일부 핵심 원천 기술을 확보하여 관련 기업체에 기술 이전을 완료했으며, 내년부터는 본격적인 협력 체계를 구축할 예정입니다. 2025년 사업화를 목표로 달려가는 이러한 노력은 연구 데이터의 축적과 실증 단계를 거치며 더욱 구체화되고 있습니다. 공공 연구기관의 전문성과 기업의 사업 역량이 결합하여 폐기물 문제의 실질적인 해결책을 제시할 것으로 기대를 모으고 있습니다. 폐스티로폼 재활용의 첫 단계는 부피를 획기적으로 줄이는 감용 기술에서 시작됩니다. 기존의 석유화학 기반 용매 대신 나무와 같은 천연 재료를 활용한 바이오매스 기반 용매를 사용하는 것이 이 기술의 핵심입니다. 이 용매는 인체와 환경에 훨씬 안전하며, 소량의 용액만으로도 수십 배에 달하는 부피의 스티로폼을 녹여낼 수 있습니다. 또한 사용된 용매는 별도의 분리 과정을 거쳐 다시 사용할 수 있어 자원 순환의 효율성을 극대화합니다. 이는 환경친화적인 공정 설계가 돋보이는 부분이라 할 수 있습니다. 부피를 줄인 폐스티로폼은 단순히 재활용되는 것에 그치지 않고, 다시 플라스틱을 만드는 원료인 화학 물질로 전환됩니다. 약 2년 반 동안 집중적으로 연구된 이 원천 기술은 버려지는 자원을 고부가가치 원료로 탈바꿈시키는 공정입니다. 실험실에서 개발된 고유의 반응 공정을 통해 얻어진 재생 스티렌은 새로운 플라스틱을 합성하는 데 즉시 투입될 수 있는 품질을 자랑합니다. 이러한 화학적 재활용 방식은 플라스틱 순환 경제를 구축하는 데 있어 매우 핵심적인 기술적 진보라고 평가받고 있습니다. 연구의 최종 목적지는 실제 공장에서 작동할 수 있는 대규모 공정의 구현입니다. 연구단은 실험실 규모를 넘어 대형 장비와 반응기를 운용하며 실증에 필요한 정밀한 데이터를 수집하고 있습니다. 특히 연속 반응이 가능한 반응기 개발은 상용화의 경제성과 효율성을 확보하는 데 결정적인 역할을 합니다. 분리 공정을 거친 고순도 원료가 산업 현장에서 즉각 활용되는 모습은 머지않은 미래의 표준이 될 것입니다. 끊임없는 기술 발전을 통해 폐플라스틱이 소중한 자원으로 인식되는 시대를 열어가고 있습니다.

[우연소] 지구를 지키는 플라스틱 재활용 기술 연구실
한국화학연구원
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KRICT 탄소중립 화학기술

탄소중립은 배출한 만큼의 이산화탄소를 다시 흡수하여 실질적인 배출량을 '0'으로 만드는 넷제로를 의미합니다. 우리나라는 산업 부문의 탄소 배출 비중이 매우 높아 기술적 혁신이 절실한 상황입니다. 이에 한국화학연구원은 에너지 소비가 많은 석유화학 공정을 개선하기 위해 저온 촉매 기술을 개발했습니다. 이는 세계 최초로 저비용 나프타 촉매 분해 공정을 상용화한 성과로, 기존 방식보다 에너지를 획기적으로 절감하고 이산화탄소 발생량을 줄여 해외 플랜트 수출까지 기대할 수 있는 독보적인 경쟁력을 확보했습니다. 기존의 선형 경제 시스템을 넘어서기 위해 화학연구원은 탄소 포집·활용(CCU) 기술에 집중하고 있습니다. 발전소에서 배출되는 이산화탄소를 하루 10톤 규모로 포집하고, 이를 일산화탄소나 메탄올로 전환하는 실증 플랜트를 성공적으로 구축했습니다. 또한 저온 친환경 촉매 기술을 활용해 폐플라스틱을 자원화하고, 친환경 바이오 플라스틱 생산의 효율성을 높여 순환 경제의 완성도를 높이고 있습니다. 이와 더불어 블루 수소 생산과 부생가스 분리 공정 기술을 산업계에 이전하며 수소 경제 활성화와 산업 경쟁력 강화에도 앞장서고 있습니다. 온실가스 배출의 대부분을 차지하는 에너지 연소 문제를 해결하기 위해 신재생에너지 기술 개발도 활발히 진행 중입니다. 유기 액상 수소저장체 기술과 차세대 페로브스카이트 태양전지 기술을 결합하여, 기존의 석유 중심 에너지 유통 체계를 혁신적으로 변화시키고자 합니다. 이러한 연구 성과들이 실제 산업 현장에 적용될 수 있도록 전남 실증 센터를 거점으로 삼아 세계적 수준의 탄소중립 사업화 모델을 만들어가고 있습니다. 지구와 인류를 위한 화학이라는 비전 아래, 지속 가능한 미래를 향한 한국화학연구원의 도전은 계속됩니다.

KRICT 탄소중립 화학기술
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[연구성과] 온실가스를 미래자원으로 "탄소자원화"

우리나라 온실가스 배출량의 약 95%는 일상생활에 필요한 에너지를 생산하는 발전 공정과 산업 현장에서 발생하고 있습니다. 신재생에너지 도입과 에너지 효율 증대 노력에도 불구하고, 산업 구조상 일정량의 온실가스 배출은 피할 수 없는 현실입니다. 이러한 한계를 극복하기 위해 등장한 탄소 자원화 기술은 배출된 이산화탄소를 단순한 폐기물이 아닌 새로운 자원으로 재활용하는 혁신적인 개념입니다. 이는 이산화탄소를 포집하여 자동차 연료, 플라스틱, 건축 자재 등 유용한 화학 제품으로 다시 만들어 내는 미래 지향적 기술이라 할 수 있습니다. 탄소 자원화의 첫 단계인 포집 기술은 산업 현장의 굴뚝에서 나오는 배출가스 중 이산화탄소만을 선택적으로 분리해내는 핵심 공정입니다. 현재 액체 흡수제를 사용하는 습식 포집, 고체 흡착제를 활용하는 건식 포집, 그리고 분리막 기술 등이 활발하게 연구되고 있습니다. 우리나라는 보령, 태안, 하동 발전소와 대구 공단 등지에 대규모 포집 장치를 설치하여 기술의 실효성을 검증하는 단계에 있습니다. 이러한 포집 과정을 거쳐야만 비로소 이산화탄소가 유용한 자원으로 변모할 수 있는 물리적 토대가 마련됩니다. 포집된 이산화탄소는 다양한 화학적 전환 과정을 거쳐 우리 삶에 필요한 에너지나 소재로 재탄생합니다. 특히 촉매를 활용해 이산화탄소를 합성 휘발유로 변환하는 기술은 기존의 공정 단계를 획기적으로 줄여 반응 효율을 높이는 데 성공했습니다. 또한, 석유를 원료로 하는 기존 플라스틱 대신 이산화탄소를 기반으로 한 생분해성 고분자 물질을 제조함으로써 환경 오염 문제에 대응하고 있습니다. 이러한 기술들은 이미 국내 대기업에 이전되는 등 산업적 가치를 증명하며 탄소 중립을 위한 실질적인 대안으로 자리 잡고 있습니다. 전기와 빛, 생명체를 이용한 이산화탄소 전환 기술 또한 놀라운 발전을 거듭하고 있습니다. 전극 촉매를 이용해 에틸렌을 생산하거나, 태양광 에너지만으로 포름산을 제조하는 광전환 기술은 외부 에너지 의존도를 낮추는 친환경적인 방식입니다. 특히 미세조류가 이산화탄소를 양분 삼아 성장하는 성질을 활용한 생물 전환 기술은 바이오 연료와 플라스틱 같은 고부가가치 물질을 생산하는 데 효과적입니다. 국내 연구진은 미세조류의 성질을 이용해 우량 균주를 빠르게 선별하는 기술을 확보함으로써 생물 전환 기술의 효율성을 세계적인 수준으로 끌어올렸습니다. 광물화 기술은 이산화탄소를 고체 무기물인 탄산염으로 고정하여 건축 자재 등을 생산하는 방식입니다. 국내에서 개발된 차수성 시멘트 생산 기술은 그 우수성을 인정받아 UN 기후변화협약에서 온실가스 감축의 새로운 방법론으로 승인되기도 했습니다. 이 기술을 실제 공정에 도입하면 시멘트 1톤 생산 시 발생하는 이산화탄소를 수백 킬로그램 이상 감축할 수 있는 잠재력을 지니고 있습니다. 이처럼 탄소 자원화 기술은 기후 위기를 기회로 바꾸는 강력한 도구입니다. 지속적인 기술 혁신을 통해 우리는 탄소 중립이라는 원대한 목표에 한 걸음 더 가까워질 것입니다.

[연구성과] 온실가스를 미래자원으로 "탄소자원화"
한국화학연구원
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