아주대 장혜영 교수팀이 대표적 온실가스인 이산화탄소와 생분해성 플라스틱의 원료인 락타이드를 기반으로 한 고분자 합성법을 개발했다. 기존 플라스틱 생산에 활용되는 석유 기반 고분자를 친환경적 소재로 대체할 수 있는 가능성을 확인한 연구다.

해당 연구는 ‘아연-갈산 촉매를 통한 구성 요소 및 구조 조절이 가능한 고성능 이산화탄소 기반 고분자 합성(Zn-gallate catalyzed synthesis of high performance CO2-polymers with tunable composition and architecture)’이라는 논문으로 화학 분야 국제 학술지인 <저널 오브 CO2 유틸라이제이션(Journal of CO2 Utilization)>에 5월 온라인 게재됐다.

아주대 화학과 장혜영(위 사진 왼쪽)∙이인환(위 사진 오른쪽) 교수팀의 공동 연구 성과로, 대학원 에너지시스템학과 김재호(석사과정) 졸업생이 제1저자로, 대학원 에너지시스템학과 성기혁(박사과정) 학생과 채주형(석박통합과정) 학생이 공동저자로 참여했다.

전 세계의 플라스틱 사용량은 매년 증가해, 2025년에는 445Mt(40만5000kg)의 플라스틱 생산이 예상되고 있다. 실생활에서 사용되는 플라스틱 중 저밀도 폴리에틸렌(LDPE, Low-Density Polyethylene)은 HDPE, PP, PS, PVC와 더불어 5대 범용 폴리머에 속하며 포장용 필름, 각종 일회용 용기 등 다양한 제품의 소재로 사용된다.

하지만 저밀도 폴리에틸렌(LDPE)의 원료인 에틸렌은 석유의 정제를 통해 생산되며, 전 세계적으로 플라스틱의 재활용률은 9%에 불과하다. 때문에 추가적인 탄소 배출을 막기 위해 이산화탄소(CO2)가 활용된 고분자의 생산이 요구되어 왔다.

장혜영 교수팀은 앞선 연구에서 개발한 아연-갈산 박막 촉매를 활용해, 지구온난화의 주요 원인으로 꼽히는 이산화탄소(CO2)와 생분해성 플라스틱인 PLA(Polylactic acid)의 전구체로 사용되는 락타이드를 공중합하여 높은 촉매활성으로 고분자를 합성했다.

또한 중합 방법에 따라 PLA의 비율을 9.4~76 wt%로 자유롭게 조절할 수 있는 기술을 개발하는 데에도 성공했다. 합성된 고분자는 기존에 널리 활용되던 저밀도 폴리에틸렌(LDPE)보다 더 높은 기계적 물성을 보여 이산화탄소 기반의 고분자가 기존의 석유 기반 플라스틱을 대체할 수 있는 가능성을 보여줬다.

연구를 주도한 장혜영 교수는 “이번 연구는 기후온난화 가스로 알려진 이산화탄소를 활용한 고분자의 상용화를 앞당길 수 있다는 점에서 의미있는 결과”라고 밝혔다.

이번 연구는 교육부의 G-LAMP 사업∙자율중점연구소사업과 한국연구재단의 중견연구자 지원사업의 지원을 받아 수행됐다.

언론보도

장혜영 교수팀, 상용 플라스틱 대체 가능한 이산화탄소 고분자 개발