화석연료 사용하지 않고 만든 합성고무로 제조하는 방법 개발돼

2001년 고무를 만드는 데 필요한 물질인 이소프렌의 유전자가 처음 확인되면서 그동안 과학계와 타이어 업계는 친환경적인 고무를 찾아야 한다는 압력을 강하게 받았다. 이제 미국의 미네소타대학 연구팀이 그 방법 중 하나를 발견했다. 최근 미국 화학학회 학술지 ‘ACS 촉매작용’에 발표된 그 방법은 석유 같은 화석연료 대신 풀과 나무, 옥수수 같은 천연소재의 탄소를 사용해 타어어 산업을 환경친화적으로 바꿀 수 있다. 옥수수가 석유보다 가격이 훨씬 싸기 때문에 연구팀은 타이어 업계가 그 방법을 채택하면 상당한 비용절감 효과를 볼 수 있을 것으로 기대한다.

이 연구를 이끈 미네소타대학의 화학공학·재료과학 부교수 폴다우언하우어는 “타이어 업계와 화학산업에 큰 영향을 미칠 수 있는 발견”이라고 말했다.

합성고무를 만드는 기존의 방법에선 먼저 석유 분자를 가열해 해체한 다음 수백 가지의 다른 물질에서 이소프렌을 분리해낸다. 고무제조협회에 따르면 타이어 1개를 생산하려면 석유 7갤런(약 26ℓ)이 필요하다. 2갤런은 제조에 필요한 전력에, 5갤런은 이소프렌을 추출하는 재료로 사용된다. 미네소타대학 산하 지속가능한 폴리머센터의 마크 힐마이어 소장은 “이 과정을 경제성 있게 만들 수 있는 기회를 찾았다”고 말했다. “타어어 제조 비용도 약간 낮출 수 있다.”

새 방법은 3단계로 이뤄진다. 포도당을 발효시켜 이타콘산으로 만든다. 이타콘산을 수소에 노출시키면 서로 반응을 일으켜 메틸-테트라히드로푸란을 형성한다. 세 번째 단계는 연구팀의 새로운 촉매제 발견으로 가능했다. P-SPP는 포스포러스 제올라이트의 한 종류로 메틸-테트라히드로푸란과 반응해 재생가능한 이소프렌을 만들어낸다. 다우언하우어 교수는 “이 촉매제가 왜 그처럼 마법을 발휘하는지는 우리도 모르는 미스터리”라고 말했다.

미네소타대학에서 8명, 매사추세츠대학(애머스트캠퍼스)에서 2명, 전부 10명이 참여했기 때문에 공동작업이 프로젝트 성공의 관건이었다. 다우언하우어 교수는 참여 연구원들의 파트너십을 ‘은행털이’에 비유했다. 각 연구원의 서로 다른 전문지식이 합쳐져 프로젝트가 효율적으로 진행될 수 있었다는 뜻이다.

이제 그는 포스포러스 제올라이트를 기존의 다른 석유 기술로 테스트할 계획이다. 새로 발견된 촉매제의 작용 과정을 파악하기 위해서다. 그러나 그는 타이어 업계에 이 과정을 적용하는 데는 시간이 필요하다고 말했다. “상당히 유망한 기술이지만 이제 대형 시설을 사용해 규모를 키워 실험을 해야 한다. 새로운 발견에서 상업화로 옮겨가는 데는 수년이 걸린다.”

고무제조협회에 따르면 고무의 70%가 합성제품이며, 천연고무의 90%는 아시아에서 공급된다. 아시아에선 고무나무를 재배하려고 우림을 벌채한다. 게다가 천연고무 생산은 노동집약적이다. 고무나무를 수확한 뒤 유액(라텍스)을 채취해 처리하고 정제한 다음 응고시켜야 한다. 그 라텍스에서 고무를 뽑아낸다.

이 과정에서도 화석연료가 사용되기 때문에 합성고무를 생산하는 것만큼이나 환경에 해롭다. 미네소타대학 산하 천연자원연구소의 나무제품·바이오이코노미 그룹 전략구상 팀장 에릭 싱사스에 따르면 산림파괴와 화석연료가 기후변화에 미치는 영향은 둘 다 비슷한 수준이다.

미네소타대학 지속가능한 폴리머센터의 집행위원이자 화학공학·재료과학 교수인 프랭크 베이츠는 “우린 생물 기반으로 시작해 화석연료 기반의 제품과 경제성을 두고 경쟁하려고 한다”며 “그런 것이 좋은 화학공학”이라고 말했다.

- 네이선 디카밀로 뉴스위크 기자

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