현재 전자제품이나 전기차, 에너지 저장 장치(ESS)에 사용되는 배터리의 대세는 리튬 이온 배터리입니다. 리튬 이온 배터리의 높은 에너지 밀도와 적당한 가격 덕분이지만, 그래도 몇 가지 단점이 꾸준히 제기되고 있습니다. 우선 리튬이 풍부한 자원이 아니고 몇몇 국가에 매장량이 편중되어 있습니다. 결국 자원이 한정되어 있다 보니 앞으로 전기차가 대세가 되고 에너지 저장 시스템 수요가 늘어나면 가격이 폭등할 가능성이 있습니다. 두 번째 문제는 화재 위험성입니다. 한 번 열폭주가 일어나면 감당하기 어려운 사고가 날 가능성이 있습니다. 이런 이유로 일찍부터 연구된 대안이 나트륨(소듐) 이온 배터리입니다. 리튬과 성질이 비슷하지만, 훨씬 풍부한 나트륨을 사용하면 자원 고갈 우려도 없고 화재 위험성도 낮기 때문에 일찍부터 연구가 진행됐습니다. 나트륨 이온 배터리의 구조는 리튬 이온 배터리와 거의 동일합니다. 양극재, 음극재, 전해질, 분리막으로 이뤄진 배터리 내부를 리튬 이온 대신 나트륨 이온이 이동하면서 전기화학적 반응을 통해 에너지를 저장하거나 방출합니다. 다만 나트륨 이온이 리튬 이온보다 크다 보니 아무래도 효율은 낮아서 상용화를 위해 에너지 저장 밀도를 올리는 데 오랜 시간이 걸렸지만, 이제는 점차 상업화 단계에 접어들고 있습니다. 나트륨 이온 배터리는 같은 용량의 리튬 이온 배터리보다 좀 더 무거울 순 있으나 가격이 저렴하고 안전성이 높으며 공급 걱정이 없기 때문에 대규모 에너지 저장 장치에 유리합니다. 하지만 리튬 이온 배터리와 마찬가지로 나트륨 이온 배터리도 양극재와 음극재가 필요합니다. 소금에도 들어 있는 나트륨이 아무리 풍부해도 양극재나 음극재가 구하기 힘든 소재라면 대량 생산에 걸림돌이 될 수밖에 없습니다. 이 문제를 극복하기 위해 지난 2022년 유럽 최대의 제지회사인 핀란드의 스토라 엔소(Stora Enso)는 펄프를 제조하고 남는 물질인 리그닌을 원료로 만든 양극재 물질인 리그노드(Lignode)를 선보였습니다. 나무에서 두 번째로 풍부한 성분인 리그닌은 목재의 단단함을 유지하는 데 중요한 역할을 하지만, 종이를 만들 때는 필요 없는 성분으로 버려집니다. 현재까지 리그닌을 재활용하는 가장 대표적인 방법은 소각해서 연료로 사용하는 것입니다.하지만 리그닌은 매우 튼튼하고 유용한 성질을 가진 물질이라 과학자들은 일찍부터 바이오 플라스틱 소재나 다른 용도로 사용하기 위해 연구해 왔습니다. 스토라 엔소가 리그닌을 이용해 만든 양극재 소재인 리그노드는 가장 비슷한 소재인 흑연과 비교해도 더 빠른 충전 속도를 지니고 있습니다. 유럽 입장에서 보면 중국에서 주로 수입되는 흑연을 쉽게 대체해 공급망을 내재화 할 수 있다는 장점도 있습니다. 본래 리그노드는 리튬 이온 배터리에 사용하기 위해 개발된 양극재 소재이지만, 스토라 엔소는 나트륨 이온 배터리 양극재로도 활용할 수 있을 것으로 보고 관련 기업인 알트리스(Altris)와 협업해 프로토타입 리그노드 나트륨 이온 배터리를 개발한다고 발표했습니다. 이 나트륨 배터리는 양극재로는 리그노드를 음극재로는 프러시안 화이트를 사용하는데, 프러시안 화이트 역시 철, 질소, 산소, 탄소처럼 쉽게 구할 수 있는 소재로 만들어졌습니다. 따라서 다른 나라에서 수입할 필요 없이 유럽 자체적으로 공급망을 구축해서 생산이 가능합니다. 여기까지만 보면 좋은 이야기밖에 없지만, 실제 상용화를 위해서는 갈 길이 먼 게 사실입니다. 리그노드 나트륨 이온 배터리 개발에 성공했다고 해도 경제성이 있으려면 충분한 에너지 밀도와 적당한 가격을 확보해야 합니다. 그리고 실제 양산을 위해서는 리튬 이온 배터리처럼 막대한 투자가 불가피합니다. 화재 위험성과 자원 부족에도 불구하고 리튬 이온 배터리 산업에는 이미 막대한 자본이 투자된 덕분에 수요를 충족시키고도 남는 생산 시설과 공급망이 갖춰진 상태입니다. 나트륨 이온 배터리가 시장에 진입하기 위해서는 여기에 준하는 대규모 투자가 필요합니다. 나트론 같은 일부 스타트업이 나트륨 이온 배터리 생산을 시작했지만, 지금까지 투자된 규모를 생각하면 당분간 리튬 이온 배터리가 대세가 될 수밖에 없는 게 현실입니다. 풍부한 자원과 친환경, 공급망 내재화 등의 가능성을 내세운 리그노드 나트륨 이온 배터리가 배터리 시장을 비집고 들어와 성공을 거둘 수 있을지 앞으로 결과가 주목됩니다.

현재 전자제품이나 전기차, 에너지 저장 장치(ESS)에 사용되는 배터리의 대세는 리튬 이온 배터리입니다. 리튬 이온 배터리의 높은 에너지 밀도와 적당한 가격 덕분이지만, 그래도 몇 가지 단점이 꾸준히 제기되고 있습니다. 우선 리튬이 풍부한 자원이 아니고 몇몇 국가에 매장량이 편중되어 있습니다. 결국 자원이 한정되어 있다 보니 앞으로 전기차가 대세가 되고 에너지 저장 시스템 수요가 늘어나면 가격이 폭등할 가능성이 있습니다. 두 번째 문제는 화재 위험성입니다. 한 번 열폭주가 일어나면 감당하기 어려운 사고가 날 가능성이 있습니다. 이런 이유로 일찍부터 연구된 대안이 나트륨(소듐) 이온 배터리입니다. 리튬과 성질이 비슷하지만, 훨씬 풍부한 나트륨을 사용하면 자원 고갈 우려도 없고 화재 위험성도 낮기 때문에 일찍부터 연구가 진행됐습니다. 나트륨 이온 배터리의 구조는 리튬 이온 배터리와 거의 동일합니다. 양극재, 음극재, 전해질, 분리막으로 이뤄진 배터리 내부를 리튬 이온 대신 나트륨 이온이 이동하면서 전기화학적 반응을 통해 에너지를 저장하거나 방출합니다. 다만 나트륨 이온이 리튬 이온보다 크다 보니 아무래도 효율은 낮아서 상용화를 위해 에너지 저장 밀도를 올리는 데 오랜 시간이 걸렸지만, 이제는 점차 상업화 단계에 접어들고 있습니다. 나트륨 이온 배터리는 같은 용량의 리튬 이온 배터리보다 좀 더 무거울 순 있으나 가격이 저렴하고 안전성이 높으며 공급 걱정이 없기 때문에 대규모 에너지 저장 장치에 유리합니다. 하지만 리튬 이온 배터리와 마찬가지로 나트륨 이온 배터리도 양극재와 음극재가 필요합니다. 소금에도 들어 있는 나트륨이 아무리 풍부해도 양극재나 음극재가 구하기 힘든 소재라면 대량 생산에 걸림돌이 될 수밖에 없습니다. 이 문제를 극복하기 위해 지난 2022년 유럽 최대의 제지회사인 핀란드의 스토라 엔소(Stora Enso)는 펄프를 제조하고 남는 물질인 리그닌을 원료로 만든 양극재 물질인 리그노드(Lignode)를 선보였습니다. 나무에서 두 번째로 풍부한 성분인 리그닌은 목재의 단단함을 유지하는 데 중요한 역할을 하지만, 종이를 만들 때는 필요 없는 성분으로 버려집니다. 현재까지 리그닌을 재활용하는 가장 대표적인 방법은 소각해서 연료로 사용하는 것입니다.하지만 리그닌은 매우 튼튼하고 유용한 성질을 가진 물질이라 과학자들은 일찍부터 바이오 플라스틱 소재나 다른 용도로 사용하기 위해 연구해 왔습니다. 스토라 엔소가 리그닌을 이용해 만든 양극재 소재인 리그노드는 가장 비슷한 소재인 흑연과 비교해도 더 빠른 충전 속도를 지니고 있습니다. 유럽 입장에서 보면 중국에서 주로 수입되는 흑연을 쉽게 대체해 공급망을 내재화 할 수 있다는 장점도 있습니다. 본래 리그노드는 리튬 이온 배터리에 사용하기 위해 개발된 양극재 소재이지만, 스토라 엔소는 나트륨 이온 배터리 양극재로도 활용할 수 있을 것으로 보고 관련 기업인 알트리스(Altris)와 협업해 프로토타입 리그노드 나트륨 이온 배터리를 개발한다고 발표했습니다. 이 나트륨 배터리는 양극재로는 리그노드를 음극재로는 프러시안 화이트를 사용하는데, 프러시안 화이트 역시 철, 질소, 산소, 탄소처럼 쉽게 구할 수 있는 소재로 만들어졌습니다. 따라서 다른 나라에서 수입할 필요 없이 유럽 자체적으로 공급망을 구축해서 생산이 가능합니다. 여기까지만 보면 좋은 이야기밖에 없지만, 실제 상용화를 위해서는 갈 길이 먼 게 사실입니다. 리그노드 나트륨 이온 배터리 개발에 성공했다고 해도 경제성이 있으려면 충분한 에너지 밀도와 적당한 가격을 확보해야 합니다. 그리고 실제 양산을 위해서는 리튬 이온 배터리처럼 막대한 투자가 불가피합니다. 화재 위험성과 자원 부족에도 불구하고 리튬 이온 배터리 산업에는 이미 막대한 자본이 투자된 덕분에 수요를 충족시키고도 남는 생산 시설과 공급망이 갖춰진 상태입니다. 나트륨 이온 배터리가 시장에 진입하기 위해서는 여기에 준하는 대규모 투자가 필요합니다. 나트론 같은 일부 스타트업이 나트륨 이온 배터리 생산을 시작했지만, 지금까지 투자된 규모를 생각하면 당분간 리튬 이온 배터리가 대세가 될 수밖에 없는 게 현실입니다. 풍부한 자원과 친환경, 공급망 내재화 등의 가능성을 내세운 리그노드 나트륨 이온 배터리가 배터리 시장을 비집고 들어와 성공을 거둘 수 있을지 앞으로 결과가 주목됩니다.

전 세계적으로 에너지 비용의 상당 부분이 집과 건물을 따뜻하게 하거나 시원하게 만드는 냉난방에 들어갑니다. 에어컨과 보일러의 도움으로 사계절을 쾌적하게 보낼 수 있다는 점은 다행이지만, 점점 더 많은 비용과 에너지가 들어간다는 점은 달갑지 않은 부분입니다. 더구나 전력 생산과 난방을 위해 엄청난 양의 화석 연료를 사용하고 이 화석 연료에서 나오는 이산화탄소가 지구를 뜨겁게 만든다는 점을 생각하면 친환경적인 대안이 필요합니다. 물론 최근 지어지는 건물은 에너지 효율적인 설계와 뛰어난 단열재를 이용해서 냉난방 비용을 줄이고 온실가스 배출을 억제할 수 있습니다. 하지만 단열재 역시 석유 화학 제품인 경우가 많고 건물과 주택 철거 시 처치 곤란한 섞지 않는 쓰레기를 만들어 낸다는 문제점이 있습니다. 마지막으로 친환경 주택이나 건물이라도 냉난방을 위해 에너지가 들어가기는 마찬가지입니다. 스웨덴 왕립공대(KTH) 과학자들은 다소 엉뚱한 소재를 조합해 이 문제를 해결할 수 있는 대안을 마련했습니다. 연구팀이 선택한 소재는 나무, 코코넛, 그리고 레몬 껍질입니다.(사진) 나무는 건축 소재로 현재도 널리 쓰이고 있지만, 나머지 두 개는 건축 소재나 에너지 저장 소재로는 매우 생소한 물질입니다. 하지만 연구팀은 이 소재들을 몇 가지 가공 과정을 거쳐 열 보존 배터리로 만드는 방법을 개발했습니다. 첫 번째 과정은 목재의 주요 성분 중 하나인 리그닌(lignin)을 제거하는 것입니다. 바이오 플라스틱 소재로도 주목받고 있는 리그닌은 나무에 단단한 성질을 부여하는 중요한 유기물 폴리머이지만, 여기에서는 건축 자재보다는 단열 및 열 배터리로 사용할 목적이기 때문에 제거해 내부에 비어 있는 공간을 마련합니다. 두 번째 과정으로 이 빈자리에 레몬 껍질에서 추출한 리모넨 아크릴레이트(limonene acrylate)와 코코넛에서 추출한 물질을 주입합니다. 리모넨은 레몬뿐 아니라 귤이나 오렌지의 껍질에 들어 있는 지방족 탄화수소로 특유의 감귤 냄새를 만드는 물질 중 하나입니다. 낮에 태양열을 흡수해 온도가 올라가면 나무 속에 있는 리모넨은 폴리머 형태가 되면서 코코넛 추출물을 내부에 가두게 됩니다. 코코넛 분자들은 온도가 올라가면 고체에서 액체 상태가 되면서 열을 흡수합니다. 밤이 되어 기온이 내려가면 반대로 코코넛 분자들은 액체에서 고체로 상변이를 일으키면서 열에너지를 배출하게 되고 리모넨 아크릴레이트도 본래 형태로 돌아갑니다. 내용을 요약하면 물질의 형태가 바뀌면서 열을 흡수하거나 방출하는 현상을 이용해 일반적인 목재보다 훨씬 많은 열 에너지를 보존할 수 있는 목재 복합 열 배터리(wood composite thermal battery)를 만든 것입니다. 목재 복합 열 배터리는 인체와 환경에 무해한 생물학적 소재로 만들어졌을 뿐 아니라 저렴한 재료를 이용하고 있어 양산한다면 생산 비용이 저렴할 것으로 기대됩니다. 마지막으로 폐기할 때도 쉽게 섞어서 없어진다는 장점이 있습니다. 이 목재 복합 열 배터리는 일반적인 건물과 주택에 적합한 수준인 섭씨 24도에서 열 흡수와 배출이 일어나도록 설정했지만, 목적과 환경에 따라 바꿀 수도 있습니다. 연구팀은 열 배터리가 비닐 혹은 유리 온실에도 유용할 것으로 기대하고 있습니다. 온실 온도를 적절하게 유지하는데 상당히 많은 에너지와 화석 연료가 들어가기 때문입니다. 목재 복합 열 배터리는 100㎏ 정도에 2.5kW의 열을 저장해 보일러의 힘을 덜 빌리면서 온실의 온도를 유지하는 데 도움을 줄 수 있습니다. 물론 실제 상용화를 위해서는 경제성이나 내구성 같은 다른 부분도 검증해야 하겠지만, 친환경 소재로 개발한 열 배터리라는 점에서 앞으로 개발 결과가 주목됩니다. 

국내 연구진이 버려지는 폐목재 속 성분으로 산업에 유용한 물질을 만드는 방법을 찾았다. 카이스트 신소재공학과 연구팀은 식물의 주요 구성성분인 리그닌의 광촉매 특성을 밝혀내고 햇빛과 산소, 물만으로 고부가가치 화합물을 생성하는 인공광합성을 성공시켰다고 28일 밝혔다. 이번 연구 결과는 화학 분야 국제 학술지 ‘네이처 합성’ 3월호 표지논문으로 실렸다. 리그닌은 식물의 20~30%를 차지하는 주요 구성 성분으로 세포벽 형성, 물 수송, 씨앗 보호, 스트레스 적응 등을 돕는다. 그렇지만 목재 산업에서 리그닌은 부산물로 배출되며 연간 5000만t에 이르는 것으로 알려져 있다. 리그닌의 분자구조가 복잡해 활용이 쉽지 않기 때문에 95% 이상 소각되거나 폐기되고 있다. 연구팀은 리그닌이 다른 광촉매들이 갖고 있는 분자구조와 비슷하며 고분자 상태에서 햇빛을 받으면 과산화수소를 만들 수 있다는 것을 입증했다. 리그닌을 광촉매처럼 사용할 경우 산소와 물, 햇빛만으로 과산화수소를 합성할 수 있기 때문에 경제성이 높다. 연구팀은 식물이 자연광합성을 통해 태양에너지를 화학에너지로 전환하는 것처럼 리그닌을 이용해 친환경적으로 과산화수소를 생성할 수 있다는 것을 보여줬다. 특히 이 반응을 활용하면 키랄성 화합물이나 의약물질 중간체 등을 합성할 수도 있을 것으로 기대된다. 박찬범 카이스트 교수는 “이번 연구를 통해 목재 속 리그닌을 고부가가치 화합물 생성에 친환경적 방법을 찾았다”며 “리그닌의 광촉매 메커니즘을 좀 더 자세히 밝혀 촉매 성능을 넓혀 산업화를 앞당기도록 할 것”이라고 설명했다.

지난 도쿄올림픽에서 화제가 된 장면 중 하나는 대한민국 혼성 양궁팀이 선보인 ‘로빈 후드 화살’이었다. 활시위를 떠난 화살이 앞서 쏜 화살을 꿰뚫고 과녁에 꽂히는 장면을 지켜보면서 많은 사람들이 경탄했다. 이 장면을 유심히 본 사람이라면 부러진 화살에서 검은색 파편들이 튀어나오는 것을 눈치챘을 것이다. 대한민국의 ‘금빛’ 화살이 ‘검은색’ 탄소를 기반으로 한 복합소재였기 때문이다. 이처럼 구성 원소 대부분이 탄소인 소재가 금속이나 고분자 재료에 분산돼 있는 소재를 탄소복합소재라고 한다. 양궁 화살에서처럼 가볍고 강한 탄소섬유가 주로 사용된다. 특히 직조된 탄소섬유가 플라스틱에 포함된 탄소섬유강화플라스틱(CFRP)은 높은 강도와 가벼운 무게 덕분에 항공기, 우주선, 풍력발전기 날개, 스포츠레저 용품 등에 널리 사용되고 있는데 자동차 업계에서도 탄소 중립 실현과 연비 향상을 위해 CFRP를 적극적으로 활용할 계획이라고 한다. 탄소복합소재의 유일한 단점은 높은 제조 비용이다. 최근에는 복합소재 핵심 재료인 탄소섬유의 가격을 낮추는 연구가 활발하다. 고가의 폴리아크릴로나이트릴(PAN) 대신 화석 연료에서 얻는 피치나 식물유래 폐기물인 리그닌과 같이 비교적 저렴한 원료를 사용하거나 공정을 개선해 빠른 시간 내에 적은 에너지를 들여 탄소섬유를 제조하는 데 역량이 집중되고 있다. 이런 탄소산업의 혁신으로 우리 주변에서 탄소복합소재를 쉽게 찾아볼 수 있는 내일을 기대한다.

年 17만t 수입 원두, 추출에 0.2%만 쓰여목재보다 발열량 높고 분진 등 배출 적어바이오에너지 활용 땐 180억원 절감 효과당국 무관심에 커피박 현황 파악도 안 돼 순환자원으로 인정 못 받아 폐기물 취급‘커피공화국’ 한국의 커피 소비가 해마다 늘고 있지만 ‘커피박’(커피찌꺼기)은 상대적으로 관심을 받지 못하고 있다. 커피를 추출할 때 원두는 0.2%만 소요되고 99.8%는 커피박으로 버려진다. 2019년 기준 생두와 원두 수입량(16만 7578t) 중 수분율 등을 감안할 때 88.9%(14만 9038t)가 커피박으로 추산된다. 고급 커피 등의 수요 및 커피 전문점 증가로 원두 소비는 당분간 확대가 예상되고 있다. 현재 커피박은 생활폐기물로 분류돼 대부분 종량제 봉투로 배출된 뒤 매립·소각 처리된다. 지난해 발생량 기준 쓰레기봉투 가격으로만 41억원을 사용한 것으로 추정됐다. 더욱이 젖은 커피박이 다른 폐기물과 섞여 매립·소각되면서 과다한 이산화탄소를 발생시킨다. 커피박은 중금속 등 불순물이 섞여 있지 않고 특유의 향이 있어 다양한 활용이 가능한 자원이다. 그러나 정부의 외면에 처치 곤란한 ‘계륵’으로 전락했다. 스타벅스 등 일부 커피전문점들이 친환경 퇴비 생산에 활용하고 방향제 등으로 제공하지만 폐기 기간을 잠시 연장할 뿐 지속가능성이 낮다는 평가다. 이런 가운데 커피박을 친환경 바이오 에너지 원료 자원으로 활용하자는 제안이 나온다. 재활용이 가능한 친환경 순환자원으로 분류해 폐기물 처리 비용을 줄이고 온실가스를 저감할 수 있는 방안으로 주목된다.국회입법조사처가 최근 발간한 ‘커피찌꺼기 수거 체계 확립을 통한 바이오 에너지 연료자원화 방안’에 따르면 커피박은 재생에너지원으로 바이오 에너지 생산이 가능하다. 발전 및 수송용 화석 연료를 일정 부분 대체할 것으로 평가된다. 보고서는 커피박의 높은 발열량을 주목했다. ㎏당 발열량이 5648.7㎉로 나무껍질(2827.9㎉)의 2배에 달했다. 발전용 바이오 에너지 연료로 비중이 큰 목재 펠릿(1등급 기준 4300㎉)에 비해서도 발열량이 높다. 더욱이 셀룰로오스·리그닌 등 목질계 성분이 풍부하고 일산화탄소와 분진 배출량이 적어 친환경적이다. 다양한 고체·액체 바이오 연료 형태로 가공이 가능해 수거 체계만 갖추면 수입 등 별도 비용이나 계절적 영향을 받지 않고 지속적인 공급이 가능하다. 보고서는 지난해 발생한 15만t의 커피박을 소각·매립하지 않고 바이오 에너지 원료로 재활용할 경우 약 180억원의 비용 절감 효과가 있을 것으로 추산했다. 동시에 85만 2778G㎈의 에너지 회수 효과를 제시했는데, 이는 2017년 목재 펠릿을 통해 생산한 국내 에너지 공급량의 7.8%에 달한다. 해외에서는 커피박을 다양한 에너지원으로 활용하고 있다. 이 중 영국과 스위스의 수거 시스템이 눈길을 끈다. 영국은 매립세가 우리나라보다 14배 높다 보니 매립을 줄이고 재활용하려는 움직임이 활발하다. 카페는 폐기물 처리 수수료와 매립세를 줄일 수 있어 커피박 제공에 적극적이다. 수거된 커피박은 친환경소재 숯(Coffee Logs)과 펠릿, 바이오 디젤 등으로 판매된다. 스위스는 우체국 등을 활용해 커피박을 수거해 에너지 생산기관에 공급하고, 커피 제조사는 커피박을 펠릿으로 제조해 에너지로 활용하고 있다. 보고서는 분리배출 체계 구축을 통해 재활용이 가능한 커피박 수거 확대를 제안했다. 이를 위해 커피박을 단순 유기성 폐기물이 아닌 바이오 에너지 ‘순환자원’으로 인정하는 법 개정의 필요성을 들었다. 또 연료 원료로서 커피박 사용 확대 방안으로 신재생에너지 공급인정서(REC) 지급 가중치를 상향해 신재생에너지 공급의무화제도(RPS)하에서 적극 활용할 수 있는 유인책을 제시했다. 국내에서는 산지에 방치된 산물을 이용해 만든 목재 펠릿 등 국내 미활용 산림 바이오매스에 REC 가중치를 부여하고 있다. 다만 REC 가중치 부여에 따른 연료 품질 저하 및 과도한 시장 가격, 부적합한 연료 유통 차단을 위해 철저한 품질 관리 및 규격준수 확인 방안 등의 대책 마련도 내놨다. 김경민 국회입법조사처 환경노동팀 입법조사관은 13일 “우리나라는 커피박 배출 비용이 지나치게 낮아 분리 배출·수거 필요성이 떨어진다”고 지적한 뒤 “순환자원으로 인정되면 원두를 공급하는 차량이 커피박을 수거할 수 있어 실효성 있는 재활용의 시작점이 될 수 있을 것”이라고 말했다.●민간에서 다양한 커피박 재활용 시도 정부가 손을 놓고 있지만 지역과 기업 차원에서 커피박 재활용이 시도되고 있다. 환경재단과 현대제철, 한국생산성본부가 인천에서 사회공헌활동으로 ‘커피박 재자원화 프로젝트’를 진행 중이다. 지방자치단체가 커피박을 제공할 커피전문점을 발굴·수거하면 공모전을 통해 선정된 재자원화 업체에서 업사이클링 제품을 생산하는 방식이다. 외부 지원 없이 지역 내에서 커피박을 수거·생산·소비하는 자원순환 모델이다. 올해 360t의 커피박을 재자원화해 폐기물 처리 비용 2억 1000만원 절감과 30만개 제품 생산, 지역사회 일자리 창출 등의 성과를 기대하고 있다. 환경재단은 공모를 통해 커피 점토를 이용한 화분·연필·벽돌 제작을 비롯해 운동장과 트랙 등에 설치 가능한 탄성 바닥재 개발을 선정했다. 플라스틱으로 제작하는 공룡 화석 발굴 키트 등 업사이클링 완구도 아이디어로 꼽혔다. 내년에는 참여 카페를 600개로 늘려 매월 50t까지 수거하고 수거 전담 인력 확충 등을 추진한다는 계획이다. 환경재단 관계자는 “재자원화로 일자리 창출 및 재자원화 업체들이 수익 모델을 만들 수 있는 기회가 갖게 됐다”고 말했다. 경기 안성의 안성퇴비영농조합은 2016년부터 ㈜스타벅스커피코리아와 협업을 통해 커피박을 활용한 친환경 퇴비를 생산하고 있다. 축분에 커피박(10%)과 수분제거용 톱밥(25%)을 섞어 퇴비를 생산하면서 악취 민원을 줄일 수 있게 됐다. 특히 유기질이 풍부해 토질 개량 효과가 뛰어나다. 스타벅스커피코리아는 2016년 환경부·자원순환사회연대와의 협약을 통해 2019년까지 4년간 커피박(2만 2000여t)의 90%(1만 9800여t)를 수거해 공급했다. 또 커피박 퇴비 18만 포대를 구입해 농가에 지원하고 퇴비로 생산한 농산물을 구매해 매장에서 판매하는 자원 선순환 활동을 이어 가고 있다. 스타벅스커피코리아 관계자는 “퇴비 외에 적용 가능한 분야가 있다면 확대 적용할 계획”이라고 밝혔다. ●“현 정부에서 커피박 에너지화 어려워” 커피박의 자원화 기반은 마련돼 있다. 2018년 5월 폐기물처리신고자가 동식물성 잔재물을 수집·운반할 수 있는 폐기물관리법 시행규칙이 개정됐고, 바이오 고형연료제품(SRF)으로 제조 가능한 식물성 잔재물에 커피박이 추가됐다. 2018년에는 커피박이 원재료인 화장품 및 방향제가 재활용환경성평가 승인을 받기도 했다. 그러나 순환자원으로 인정받지 못해 여전히 폐기물로 분류되면서 재활용의 길은 멀어만 보인다. 환경부는 지난해 민간 주도 커피박 재자원화 프로젝트에 참여했지만 정부 차원의 활성화 대책은 마련하지 못한 것으로 알려졌다. 더욱이 커피박이 어느 정도의 규모로 어떻게 재활용되는지 현황조차 파악하지 못하고 있다. 정부 관계자는 “현 정부가 신재생에너지로 태양광과 풍력 육성에 집중하면서 다른 분야는 애써 외면하고 있다”면서 “정책이 새로운 재활용 발굴보다 재활용을 제한하는 분위기이다 보니 민간이 준비할 수 있는 여지도 적은 것이 사실”이라고 말했다. 이에 대해 환경부는 “순환자원으로서 커피박의 활용 여부 및 범위에 대한 연구 용역을 준비 중”이라면서도 “자원 재활용 활성화 취지에는 공감하지만 관리 대책 없이 풀었다가 더 큰 혼란을 야기할 수 있기에 조심스럽게 접근할 수밖에 없다”고 밝혔다. 세종 박승기 기자 skpark@seoul.co.kr

전북 전주 한지(韓紙)가 이탈리아 문화재 복원 분야에서 적합 판정을 받았다. 국내에서는 경남 의령 한지 인증(2018년)에 이어 두 번째다. 이에 따라 전주 한지가 세계 문화재 복원시장에 본격적으로 진출하고, 유네스코 세계문화유산 등재 추진에도 탄력을 받을 것으로 보인다. 전주시는 10일 “이탈리아 국립기록유산보존복원중앙연구소로(ICPAL)부터 전주 한지가 문화재 보존·보수·복원용으로 적합하다는 ‘유효성 인증서’를 획득했다”고 밝혔다. 이번에 인증된 전주 한지는 최성일 한지장이 개발한 것으로 SH4 평량 35ｇ/㎡, SH5 평량 45ｇ/㎡ 등 2종이다. 평량 35ｇ/㎡은 가로 1ｍ, 세로 1ｍ의 무게가 35ｇ이라는 의미다. 이 한지는 전주산 닥나무와 황촉규 뿌리 점액(닥풀) 등 전통원료로 만들어졌으며, ICPAL의 심사 기준인 섬유 구성·전분·두께·섬유 방향성·뭉침 현상·리그닌 함유 등 10개 기준을 모두 충족했다. ICPAL은 인증서에서 “SH4와 SH5는 화학적, 생물학적, 물리적, 기타 기술적 기준을 모두 통과해 내구성과 높은 수준의 안정성이 있다”면서 “문화재 보존, 보수, 복원 분야 사용에 적합하다”고 평가했다. 시는 이번 인증으로 전주 한지가 이탈리아 문화재 보존·복원 분야에서 절대적 점유율을 기록하고 있는 일본의 화지(和紙)를 대체하는 것은 물론 유럽을 비롯해 세계 지류(紙류) 시장으로 진출할 수 있는 기폭제가 될 것으로 전망했다. 특히 전주 한지가 유네스코 세계문화유산에 등재될 수 있는 발판도 마련한 것으로 보고 관련 절차 이행에 속도를 내기로 했다. 앞서 시는 국제연합(UN) 유네스코와 전주 한지를 세계문화유산 보존 재료로 활용하는 것을 뼈대로 한 ‘LOI(의향서)’를 체결하기도 했다. 전주 한지는 지난 2016년 ‘1333년 바티칸시국이 고려에 보낸 서신’을 복본하고 2017년에는 루브르박물관이 소장하고 있는 ‘바이에른 막시밀리안 2세 책상’을 복원하는 데 사용됐다. 같은 해 김승수 전주시장은 ‘1904년 고종황제와 바티칸 교황 간 친서’를 전주 한지로 복원해 바티칸 교황청에 전달하기도 했다. 김승수 전주시장은 “한지는 기록문화의 정수임과 동시에 신산업으로 성장할 무한한 잠재력을 가진 소재”라며 “프랑스 르브르와 바티간에 이어 이탈리아 ICRCPAL로부터 인증받은 쾌거를 바탕으로 세계문화유산 복원은 물론 한지 자체와 한지복합소재 산업을 키우는데 최선을 다할 것”이라고 말했다. 전주 임송학 기자 shlim@seoul.co.kr

국내 연구진이 쓸모 없이 버려지는 폐목재로 친환경 비행기 연료 대량생산 기술을 개발해 비행기에서 나오는 온실가스를 줄일 수 있게 됐다. 한국과학기술연구원(KIST) 청정에너지연구센터 연구팀은 폐목재에서 비행기 연료로 사용할 수 있는 수준의 대체 청정연료를 생산할 수 있는 기술을 개발했다고 23일 밝혔다. 이번 연구결과는 에너지 분야 국제학술지 ‘에너지 컨버전스 앤드 매니지먼트’에 실렸다. 목재나 풀 같은 식물에는 20~40% 차지하는 리그닌이라는 성분이 있다. 펄프를 생산하는 제지 공정에서 폐기물로 대량 배출되는 경우가 많다. 과학자들이 이 리그닌으로 친환경 연료를 만들기 위해 다양한 노력을 기울이고 있다. 문제는 리그닌에 고열을 가해 분해시키면 기름이 나오는데 점성이 높아 끈적거리고 불안정한 특성을 갖고 있기 때문에 장기간 보존이 어렵고 쉽게 변질되거나 굳어버리기 쉬워 산업적으로 활용하기가 쉽지 않다는 것이다. 실제로 리그닌 폐기물을 열처리해 만든 오일은 화학제품 원료나 고품질 연료로 사용하기보다는 보일러 연료 등으로 사용될 뿐이다.연구팀은 리그닌 오일의 점도를 낮추기 위해 석유화학산업에서 저품질의 중질유를 분해할 때 사용하는 ‘수첨분해’ 기술을 활용했다. 연구팀은 수첨분해 리그닌 오일을 만든 다음 기존 끈적한 리그닌 오일과 7대 3의 비율로 혼합하면 점도를 7분의 1 수준으로 낮출 수 있다는 것을 확인했다. 연구팀은 혼합 리그닌 오일을 연속 수첨분해 공정을 통해 석유를 대체할 수 있는 연료나 산업용으로 사용할 수 있게 했다. 실제로 이렇게 만들어진 리그닌 오일은 휘발유나 경유보다 어는 점이 낮고 에너지 밀도가 높아 바이오 항공유로 활용할 수 있는 수준이라는 평가를 받았다.하정명 KIST 박사는 “이번 연구는 제지공장 등에서 대량 발생하는 리그닌 폐기물을 고부가가치 연료인 항공유로 대량 생산할 수 있게 해주고 있다”라며 “2027년부터 시행될 항공유 온실가스 감축 규제에 대응할 수 있을 뿐만 아니라 국내 정유산업의 지속적 발전에도 기여할 수 있을 것”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

산불이 어디서 발생할지 더 잘 예측할 수 있는 인공위성을 호주 과학자들이 개발하고 있다고 BBC 등 외신이 3일(현지시간) 전했다. 보도에 따르면, 호주국립대(ANU) 연구진은 이 나라 최초의 산불 발생을 예측하는 소형 위성을 개발하고 있다. 특히 이 위성은 호주에 광범위하게 분포하는 유칼리나무와 관목의 스펙트럼 파장에 맞춘 적외선 탐지기를 탑재할 예정이다. 이 위성이 수집한 자료는 숲의 연소물량(fuel load)과 목재함유수분(moisture content)을 산정하는 데 쓰일 것이다. 그러면 당국은 산불 발생 위험을 오나화하기 위해 필요한 조치를 할 수 있다. 호주에서는 지난해부터 올해 초까지 기록적인 산불로 큰 피해를 입었다. 덥고 건조한 날씨와 숲바닥(임상)에 깔린 풍부한 낙엽층이 완벽한 발화 조건을 만든 것이었다. 불길은 호주 온대성 삼림의 20% 이상을 휩쓸었다. 물론 호주 연구자들은 이미 산불 발생 가능성을 알아내기 위해 여러 위성의 자료를 사용하고 있다. 예를 들어 유럽우주국(ESA)의 센티넬2 위성에 탑재된 관측장비는 초목의 상태를 확인하는 데 매우 뛰어난 단파 적외 채널(적외선 중 단파 범위의 채널)의 특성을 분석할 수 있다. 하지만 AUN 연구진은 새로운 위성의 개발을 통해 맞춤 임무를 수행하면 더 정확하고 목적에 부합하는 정보를 제공받을 수 있다고 생각한다. 연구진이 개발하고 있는 시스템의 핵심은 원래 천문학 연구를 위해 개발되는 새로운 센서들로 알려졌다. 이런 고속 탐지기는 다양한 나무 종에서 반사된 빛을 분석해 그 특성 중 가장 특징적인 부분을 아주 상세한 주파수대역으로 나타낼 수 있다. 이에 대해 연구 담당자인 ANU의 마르타 예브라 박사는 “우리는 숲의 스펙트럼 특징에서 드러나는 작은 변화를 감지하기 위해 애쓰고 있다. 따라서 임관(숲의 지붕·캐노피)에 있는 잎의 개수 변화, 목질소(식물체 속에 20~30% 존재하는 방향족 고분자 화합물·리그닌) 함량의 변화, 수분 함량의 변화 같은 구조적 변화를 찾을 수 있을 것”이라면서 “이 모든 것은 산불 예측에 이용할 수 있는 연소물량에 영향을 주는 조건들과 관계가 있다”고 설명했다. 연구에 참여한 ANU의 천문학자 롭 샤프 교수는 “이런 적외선 탐지기는 앞으로 천문 연구에 쓰일 거대마젤란망원경의 연구개발(R%D) 중에 고안된 것”이라면서 “적외선은 산불만이 아니라 농업 모니터링과 광물 조사 등 흥미로운 여러 분야에서 응용할 수 있다”고 말했다.연구진은 이 위성을 만들어 시험하고 발사하는 데 앞으로 2~3년이 더 걸릴 것이라고 말했다. 위성은 여행용 가방 정도의 크기로 카메라 해상도는 10M(메가픽셀) 정도인 것으로 알려졌다. 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

흔히 건물을 철거할 때 나오는 콘크리트를 친환경적으로 재활용하는 방법을 과학자들이 고안해냈다. 일본 도쿄대 등 연구진은 6일 콘크리트 폐기물과 삼나무나 노송나무 등 폐목재를 잘게 부숴 혼합한 뒤 가열하면서 압축하는 방식으로 새로운 건축자재를 만들어낼 수 있었다고 발표했다.이른바 ‘재활용 콘크리트’로 불리는 이 자재는 기존 콘크리트보다 굽힘 강도가 몇 배 높은 특성을 지녔다고 연구를 주도한 사카이 유야 강사(조교수급)는 설명했다. 이런 특성은 목재에서 나오는 성분 가운데 하나인 ‘리그닌’ 때문인 것으로 전해졌다. 연구진은 이런 성분이 여러 식물에 들어있다는 점에 착안해서 실험을 통해 콘크리트 파편을 접착할 수 있다는 것을 확인했다. 콘크리트 폐기물은 일본에서 연간 3500만t 발생한다. 이는 2018년 기준 국내 폐콘크리트 발생량(4502만t)보다 적은 수준이다. 일본에서는 여러 방안을 마련해 재활용률이 98%에 달하긴 하지만, 그중 90% 수준은 도로를 포장할 때 땅밑에 묻는 것일 뿐, 순환을 이상으로 하는 실질적 재활용에는 이르지 못하고 있다. 콘크리트를 만들 때는 시멘트가 필요하지만, 그 시멘트를 만들 때는 이산화탄소가 대량으로 발생한다. 따라서 지구 온난화를 방지하는 측면으로도 콘크리트를 실질적으로 재활용할 필요가 있다는 목소리가 나오고 있는 것으로 전해졌다. 한편 콘크리트 폐기물을 포함한 건설 폐기물은 전 세계적으로도 증가하는 추세에 있다. 미국 시장조사업체 ‘트랜스페어런시 마켓 리서치’가 발표한 보고서에 따르면, 세계 건설 폐기물은 매년 13억 t 이상 발생하고 있으며 오는 2025년 안에 22억 t 이상으로 증가할 것으로 예측된다. 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

울산과학기술원(UNIST) 연구진이 폐목재 같은 바이오매스 분해 과정에서 생성되는 전자를 이용해 수소를 생산하는 기술을 개발했다. 류정기 에너지 및 화학공학부 교수팀은 바이오매스에 포함된 리그닌(Lignin)을 이용하는 ‘바이오 연료 시스템’을 개발했다고 20일 밝혔다. 바이오매스 분해로 고부가가치 화합물을 생산하고, 그 과정에서 추출된 전자로 수소까지 효과적으로 생산하는 시스템이다. 일반적으로 수소는 물을 전기 분해해 얻는다. 물에 전압을 흘려서 수소와 산소를 동시에 생산하는 방식이다. 그러나 지금까지 기술로는 산소 발생 반응 속도가 느리고 복잡해 수소 생산 효율도 낮은 편이다. 수소 기체는 수소 이온이 전자를 얻어 만들어지는데, 이 전자가 산소 발생 반응에서 나오기 때문이다. 류 교수팀은 산소 발생 반응의 비효율을 줄일 방법으로 새로운 전자 공급원인 리그닌을 사용했다. 몰리브덴(Mo) 기반의 저렴한 금속 촉매로 리그닌을 분해해 고부가가치 화합물을 생산하고, 그 과정에서 생성되는 전자를 추출해 수소를 만드는 원리다. 이 시스템은 리그닌에서 나온 전자가 도선을 따라 수소 발생 반응이 일어나는 전극 쪽으로 이동하도록 설계돼 있다. 특히 이 시스템은 높은 에너지와 고가의 귀금속 촉매가 필요한 산소 발생 반응이 필요 없어서 일반적인 물 전기분해보다 적은 에너지로 수소를 생산할 수 있다. 류 교수는 “기본 방식에서는 1.5V 이상의 전압이 필요했지만, 새 시스템에서는 훨씬 낮은 0.95V 전압에서 수소를 생산했다”면서 “저렴한 촉매와 낮은 전압으로 수소와 함께 가치 있는 화학물질을 생산하는 기술로, 전기분해에서 산소 발생 반응을 대체할 방법을 제시했다는 의미가 크다”고 밝혔다. 이번 연구는 지난 3일 미국 화학회가 발행하는 국제학술지 ‘ACS 카탈리시스’에 공개됐다. 울산 박정훈 기자 jhp@seoul.co.kr

온실가스로 인한 지구온난화, 그 때문에 발생하는 각종 기후변화는 인류의 생존을 위협할 정도로 심각한 상황에 닥쳐있다. 이 때문에 과학자들은 지구온난화를 부추기는 온실가스를 줄이기 위한 다양한 방법을 연구하고 있다. 특히 주목받는 것은 바이오연료와 수소에너지이다. 그런데 국내 연구진이 폐목재에서 추출한 물질과 그 공정을 통해 바이오연료와 화장품이나 식음료에 들어가는 화학물질은 물론 수소에너지까지 쉽게 만들어 낼 수 있는 ‘일석이조’ 기술을 개발해 주목받고 있다. 울산과학기술원(UNIST) 에너지및화학공학부 연구팀은 폐목재 같은 바이오매스에 포함된 리그닌을 이용해 바이오연료를 만들고 이 과정에서 추출된 전자를 이용해 수소를 생산하는 기술을 개발했다고 20일 밝혔다. 이번 기술은 미국화학회에서 발행하는 ‘ACS 촉매’에 실렸다. 보통 수소를 만들어 내는 친환경적 방법으로는 물을 전기분해하는 것이다. 물에 전압을 가하면 분해되면서 수소와 산소가 만들어지는 것이다. 문제는 전기분해 방식은 투입되는 에너지에 비해 수소 생산효율이 낮다는 점이다. 연구팀은 물을 전기분해할 때 폐목재에서 추출되는 리그닌을 첨가하는 방법을 개발했다. 연구팀은 몰리브덴이라는 비교적 저렴한 금속촉매를 이용해 저온에서 리그닌을 분해하고 그 과정에서 만들어진 전자를 추출해 수소를 만들어 내는 것이다.물을 전기분해할 때는 고에너지와 귀금속 촉매를 사용해야 하지만 이번에 개발한 기술에서는 물의 전기분해시보다 적은 에너지와 저렴한 촉매로 수소를 더 많이 생산할 수 있다고 연구팀은 설명했다. 더군다나 리그닌이 분해되면서 만들어지는 바닐린이나 일산화탄소는 다양한 화학산업에서 활용될 수 있는 유용한 물질이다. 바닐린은 식품에 단맛을 더해주는 향료로 초콜릿, 아이스크림, 사탕 등에 첨가되고 화장품 원료로도 쓰인다. 일산화탄소는 암모니아 가스 합성이나 니켈 정제공정에 사용되는 중요한 화학물질이다.류정기 UNIST 교수는 “리그닌은 다양한 식물과 폐목재에 포함된 원료로 가격이 저렴하기는 하지만 분해가 어렵다는 단점이 있었지만 이번에 개발한 몰리브덴 기반 촉매를 사용하면 쉽게 분해되는 것이 관찰됐다”라며 “이번 연구는 저렴한 촉매와 낮은 전압으로 유용한 화학물질과 수소를 효과적으로 생산해낼 수 있다는데 큰 의미가 있다”고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

지구온난화와 미세먼지 등으로 인해 바이오연료에 대한 관심이 높아지고 있다. 지금까지는 바이오연료를 옥수수나 사탕수수처럼 곡물에서 채취해 식량가를 높인다는 문제가 지적돼 왔었다. 이 때문에 최근에는 폐목재를 활용해 바이오연료를 생산해내려는 연구들이 많이 진행되고 있다. 문제는 폐목재 속 바이오연료의 소재인 리그닌 분자가 다른 재료와 잘 섞이지 않아 상업적 활용이 쉽지 않다는 것이다. 국내 연구진이 리그닌 분자와 다른 물질이 잘 섞일 수 있는 방법을 찾아내는데 성공했다. 울산과학기술원(UNIST) 에너지및화학공학부 연구진은 폐목재에 있는 리그닌 분자가 뭉치거나 퍼지는데 작용하는 힘을 밝혀내고 이를 조절할 방법을 제시했다고 29일 밝혔다. 이번 연구결과는 미국화학회에서 발행하는 생물화학공학 분야 국제학술지 ‘ACS 지속가능 화학·공학’에 실렸다. 리그닌은 식물세포벽 주성분으로 목재의 30~40%를 차지하는 고분자 물질이다. 바이오연료나 종이를 생산하는 과정에서 많이 나오는 물질로 연간 5000만t이 나오지만 대부분 폐기되거나 단순한 땔감으로 사용되고 있다. 최근에는 바이오연료, 바이오플라스틱, 접착제 등으로 활용되고 있지만 실제로 사용되고 있는 비중은 2%에 불과하다. 이는 리그닌 분자구조가 불규칙하고 응집력이 강해 다른 물질과 섞이지 않으므로 상용화에 어려움이 있는 것이다. 연구팀은 아주 가까운 거리의 분자력을 측정해 리그닌 수용액 속에 있는 여러 가지 힘을 측정했다. 그 결과 리그닌에는 물을 싫어하는 물질끼리 뭉치는 소수성 상호작용이 가장 큰 영향을 주는 것으로 밝혀졌다. 이 때문에 리그닌이 포함된 수용액에 소금으로 알려진 염화나트륨(NaCl)을 넣어주면 리그닌 응집력을 조절할 수 있음을 밝혀냈다. 염분이 리그닌 분자 표면에 달라붙으면서 리그닌 분자끼리 뭉치려는 힘을 차단해 응집력을 정량적으로 조절할 수 있다. 연구팀은 이 원리를 이용해 각종 석유화학공정에서 독성물질을 흡착해 제거하는 역할을 하는 활성탄의 강도를 높이는데도 성공했다. 이동욱 교수는 “이번 연구를 통해 산업폐기물로 여겨지던 리그닌의 분자적 상호작용 원리를 분석하고 상업적 활용에 필요한 방법을 찾아냈다는데 의미가 있다”라며 “이번 연구를 바탕으로 리그닌을 석유화학산업과 바이오메디컬 분야에서 고부가가치 소재로 활용하는게 조금 더 수월해질 것”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

쓸모없이 버려진 나무 같이 식물 폐기물을 햇빛과 미생물로 분해해 고부가가치의 석유화학제품을 만들 수 있는 기술이 나왔다. 울산과학기술원(UNIST) 에너지및화학공학부 연구진은 폐목재에 많이 있는 ‘리그닌’이라는 물질을 태양광 에너지로 고부가가치 화합물로 바꿀 수 있는 광-전기-생물촉매 시스템, 일명 융합촉매 시스템을 개발했다고 18일 밝혔다. 이번 연구결과는 기초과학 및 공학분야 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’에 실렸다. 바이오매스는 온실가스인 이산화탄소를 대기 중에 늘리지 않으면서도 석유나 석탄, 천연가스 같은 화석연료나 석유에서 만들어 낼 수 있는 석유화합물을 대체할 수 있는 자연 탄소물질이다. 특히 리그닌은 침엽수나 활엽수 같은 나무의 구성성분 주에서 지용성 페놀 고분자로 다양한 화합물을 만들어 낼 수 있는 잠재력 있는 물질이지만 셀룰로오스 성분과 달리 규칙성이 없고 복잡한 구조 때문에 쉽게 분해할 수 없다는 문제가 있다. 리그닌을 분해하기 위해서는 효소 같은 생물촉매를 사용해야 하는데 이 때 투입되는 과산화수소의 양을 잘못 조절할 경우 촉매반응이 방해돼 분해가 어려워질 수 있다.연구팀은 태양광 에너지에서 전기를 얻고 이 전기로 과산화수소를 만든 다음 과산화수소가 리그닌을 분해하는 생물촉매를 활성화시키는 연속적 메커니즘을 갖도록 했다. 이번에 개발한 기술은 광-전기-생물촉매가 각각 나눠진 반응용기 내에서 순차적으로 반응을 일으키도록 돼 있기 때문에 반응효율을 낮출 가능성을 원천 차단했다. 특히 과산화수소는 만들어지는 즉시 생물촉매에 의해 사용되기 때문에 과산화수소 농도가 일정하게 유지돼 리그닌 분해가 안정적으로 진행될 수 있다. 연구진은 “이번 연구는 전기에너지나 시약을 추가하지 않고 태양광 에너지만으로도 리그닌을 선택적으로 전환할 수 있는 시스템을 만들었다는데 의미가 크다”라며 “친환경적 방법으로 폐목재 같은 바이오메스를 바닐린이나 바이오고분자 같은 각종 고부가가치 화학물질로 전환할 수 있다”라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

국내 연구진이 옥수수나 사탕수수 같은 식용 식물이 아닌 억새처럼 먹지 못하는 식물 바이오매스로부터 바이오화학의 비밀병기로 불리는 바이오슈가와 고부가가치 산물을 생산해낼 수 있는 기술을 개발해 화제다. 한국화학연구원 바이오화학연구센터는 ‘바이오화학산업의 쌀’로 불리며 다양한 화학제품의 원료가 되는 바이오슈가를 시험용 공장에서 생산하는데 성공했다고 5일 밝혔다. 바이오슈가 생산에 성공한 기업은 미국과 영국의 기업 몇 곳에 불과한데 연구팀은 이번에 목질계 바이오매스에서 바이오슈가를 제조하는 방법을 포함해 27건의 특허를 등록 및 출원했다. 바이오연료, 바이오플라스틱, 바이오섬유, 바이오포장재는 물론 각종 식품첨가물, 정밀화학제품을 만드는데 활용되는 바이오슈가는 비식용 바이오매스로 만든 산업용 포도당이다. 전 세계 바이오화학 제품 시장규모는 2017년 기준 약 3490억 달러(약 405조원)에 이르는데 이 중 바이오슈가 시장은 10% 정도를 차지하고 있는 것으로 알려져 있다. 연구팀은 억새풀과 팜유를 추출하고 남은 껍질 같은 바이오매스에서 바이오슈가와 각종 고부가가치 부산물을 만드는 종합공정기술을 개발했다. 연구팀은 바이오매스를 잘게 부숴 죽처럼 만든 뒤 압착해서 짜내는 습식분쇄와 압착공정을 거쳐 액상비료와 생리활성물질을 얻는다. 그 다음 액체를 빼낸 고체만 고온과 고압 조건에서 쪄내면 자일로스와 식이섬유를 얻게 된다. 여기서 남은 것을 기계적 정쇄, 효소를 더해 가수분해 과정을 거치면 포도당을 추출할 수 있게 되며 당용액을 분리할 수 있다. 이 과정에서 세번째 산물인 리그닌 함유물을 고체로 얻게 된다. 마지막으로 당용액을 농축하면 바이오슈가를 얻게 되는 것이다.시험용 공정이지만 이 같은 과정을 통해 하루에 바이오슈가 70㎏, 액상비료 200ℓ, 자일로스와 식이섬유 200ℓ, 리그닌 50㎏을 얻을 수 있다. 이번에 개발된 공정은 각종 물질을 추출해 내는 과정에서 화학약품을 사용하지 않고 거의 물만 사용하기 때문에 생산비용과 폐기물 발생이 적다는 특징이 있다. 외국에서 바이오슈가를 생산하는 과정에서는 염산이나 황산 같은 화학약품을 사용하기 때문에 특수 반응기를 설치하는 등 초기투자비가 많이 들고 최종 산물 생산 이전에 독성물질을 제거하고 폐기물 처리도 특수과정을 거쳐야 하기 때문에 비용이 많이 든다.이번 연구를 이끈 유주현 화학연구원 박사는 “화학 약품을 사용해 바이오슈가를 만드는 공정은 고부가가치 부산물이 거의 나오지 않고 처리비용 때문에 수익성이 문제가 있다”면서 “이번에 개발한 기술은 고부가가치 부산물 생산 뿐만 아니라 정제 비용이 거의 들지 않아 상용화가 손쉬울 것”이라고 설명했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

사포닌과 리그닌 등 산삼과 같은 기능성 물질을 다량 함유한 임산물인 ‘음나무’를 대량 생산할 수 있는 기술이 개발됐다. 개두릅과 엄나무 등으로도 불리는 음나무는 봄철 고급 산채이자, 약용식물로 수요가 늘고 있어 농산촌 소득 증대가 기대되고 있다.17일 산림청 국립산림과학원에 따르면 음나무 신품종의 인공종자배(체세포배) 발생기법을 이용해 묘목을 대량 생산하는 기술을 개발했다. 신품종 음나무인 ‘청산’과 ‘청순’은 산림과학원에서 육성한 가시없는 음나무 신품종이다. 기존 음나무는 줄기에 억센 가시가 많아 수확과 이용에 어려움을 겪었다. 또 묘목은 일반적으로 뿌리삽목(근삽)으로 생산하는 데 모수가 3년 이상이면 뿌리내리기(착근)가 쉽지 않아 대량 생산에 걸림돌이 됐다. 이번에 개발된 기술은 신품종 음나무에서 손톱보다 작은 엽 재료를 추출해 체세포배(인공씨눈)를 유도하고 조직배양묘목을 생산하는 방식이다. 하나의 작은 엽 재료에서 수백개에서 수만본의 묘목 생산이 가능해 우수 품종을 단기간에 대량 보급할 수 있게 됐다. 특히 두릅나무·땃두릅나무 등 경제성이 높은 산채 품종 등의 대량 생산에도 적용이 가능하다. 한심희 산림생명공학연구과장은 “농산촌의 소득 증대에 기여할 수 있는 실용적 연구 결과물”이라며 “두 품종 외에도 다양한 수종의 대량 생산 연구를 진행할 계획”이라고 말했다. 대전 박승기 기자 skpark@seoul.co.kr

화석연료로 인한 지구온난화가 가속화되고 부존량의 한계 때문에 많은 연구자들이 효율 높은 친환경 바이오연료 개발에 나서고 있다. 문제는 바이오연료 생산에 사용되는 목재나 식물 등 바이오매스들의 폐기물도 상당히 많이 나온다는 것이다. 이에 한-미 과학자들이 바이오매스 부산물을 이용해 바이오연료를 효과적으로 추출할 수 있는 재활용 기술을 개발해 주목받고 있다. 한국과학기술연구원(KIST) 청정에너지연구센터, 육군사관학교 화학과, 미국 뉴욕주립대 환경과학임업대, 로런스 버클리 국립연구소 시스템생물학부, 테네시대 화학및생명분자공학과 공동연구팀은 목재의 30~40%를 차지하지만 바이오연료를 만들 때 부산물로 나와 대부분 폐기되는 리그닌이라는 물질을 다시 바이오연료로 활용할 수 있는 방법을 개발했다고 7일 밝혔다. 이번 연구결과는 미국 국립과학원에서 발행하는 국제학술지 ‘PNAS’에 실렸다. 보통 바이오연료를 만들기 위해서는 석유에서 추출한 용매를 활용해 목재나 식물에서 리그닌 성분을 제거한다. 문제는 바이오연료를 만들 때 사용되는 용매는 석유화학 공법으로 만들어지기 때문에 환경 오염 가능성도 있고 바이오연료의 생산 단가를 높일 가능성도 높다. 이 때문에 바이오에탄올과 같은 바이오연료를 만들 때 기존 석유화학 유기용매 대신에 사용할 친환경 용매를 개발하는데 연구가 집중됐다. 연구팀은 펄프산업이나 바이오에탄올 공정에서 부산물로 나오고 있는 리그닌을 이용해 용매를 만드는데 성공했다. 식물에서 바이오연료를 만든 뒤 폐기되거나 제거되는 물질인 리그닌을 이용해 용매를 만들었기 때문에 저렴하고 친환경적이며 재생가능하다는 장점이 있다. 김광호 KIST 박사는 “이번 연구는 바이오연료 생산에 필수적인 용매를 바이오매스에서 부산물로 나오는 리그닌에서 직접 만들었다는 것이 특징“이라며 “바이오연료 공정에 필요한 물질을 공정 내에서 수급해 활용한다는 점에서 순환형 바이오연료 생산을 가능케 할 것”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

국내 연구진이 ‘화무십일홍’(花無十日紅)과 가을 낙엽의 원리를 밝혀냈다.곽준명 대구경북과학기술원(DGIST) 뉴바이올로지 교수와 이유리 기초과학연구원(IBS) 식물노화·수명연구단 연구위원 공동연구팀이 식물은 꽃잎과 나뭇잎이 떨어져야 할 위치에 정확하게 ‘리그닌’이라는 고분자 화합물을 만들어 잎이나 열매를 떨어뜨린다는 사실을 밝혀냈다. 이번 연구성과는 세계적인 생물학 분야 국제학술지 ‘셀’ 4일자에 발표됐다. 연구팀은 생물실험에서 많이 쓰이는 애기장대를 활용해 식물에 남는 잔존세포와 잎이나 꽃이나 잎이 떨어져 나갈 때의 이탈세포에서 나타난 물질과 메커니즘을 밝혀냈다. 연구팀은 식물의 생장과 노화 과정에서 리그닌을 만들어 꽃잎이나 나뭇잎이 떨어져야 할 정확한 위치에서 잎을 떨어진다는 사실을 밝혀냈다. 리그닌은 그동안 단순히 잎과 꽃이 떨어졌을 때 식물 본체를 보호하는 역할을 하는 것으로만 알려졌지만 연구팀은 이번에 잎을 떨어뜨리는데도 상당한 역할을 한다는 사실을 밝혀냈다. 또 리그닌은 육각형 벌집 구조로 잎과 꽃을 정확하게 분리시키고 본체를 보호하는데 최적 형태를 갖고 있다는 것을 확인했다. 이번 연구결과를 활용하면 고추처럼 열매가 잘 안 떨어져 수확이 어려운 품종은 탈리 현상을 촉진시켜 수확을 쉽게 만들고 과수의 경우는 탈리 현상을 억제해 낙과를 줄여 생산량을 늘릴 수 있을 것이라고 연구팀은 기대하고 있다. 곽준명 DGIST 교수는 “이번 연구는 리그닌이라는 물질이 그동안 밝혀지지 않았던 식물에서 세포와 기관 분리에 핵심역할을 한다는 사실을 밝혀냈다는데 의미가 크다”라며 “이번에 새롭게 발견한 리그닌 역할과 식물의 탈리 메커니즘을 토대로 이를 촉진하거나 억제하는 화합물을 찾는 후속 연구를 진행 중”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

5일 오후 8시33분경 울산 동쪽 52㎞ 해상에서 규모 5.0의 지진이 발생하면서 지진에 대한 대비책이 부실하다는 지적이 쏟아지는 가운데, 지진에 취약한 부산의 시내 지진대피소 절반 이상이 내진 설계가 돼 있지 않아 비상상황 때 무용지물에 불과하다는 자료가 공개돼 불안이 더욱 증폭되고 있다. 이번 지진으로 지진 내진 설계나 복구와 관련한 궁금증 및 관심이 쏟아지는 상황에서, 다양한 용도로 활용되는 열대과일인 코코넛의 껍질이 지진내진설계에 유용하게 활용될 수 있다는 연구결과가 발표됐다. 코코넛의 겉껍질은 매우 단단하며, 촘촘하고 얇은 섬유층으로 이뤄져 있다. 코코넛 나무는 최대 30m까지 자라는데, 코코넛의 단단한 껍질은 다 익은 열매가 높은 나무에서 떨어질 때 열매 안쪽의 과육이 훼손되는 것을 막기 위한 일종의 보호막이다. 안쪽의 부드럽고 젤리처럼 생긴 과육을 보호하기 위해 코코넛은 총 3개 층의 껍질 구조를 가지고 있다. 가장 바깥에는 거칠고 딱딱하며 질긴 껍질이, 중간에는 섬유질로 이뤄진 껍질이, 가장 안쪽에는 단단하고 두께 2~5㎝의 촘촘한 섬유층 껍질이 과육을 감싸고 있다. 독일 남서부 프라이부르크대학교 연구진과 건축 전문가들은 이 단단한 코코넛 껍질이 어떻게 외부의 에너지를 분산해 한 곳이 부서지는 것을 막아낼 수 있으며, 이를 건물의 내진 설계에 적용할 방법을 찾기 위해 압착 기계를 이용해 실험을 실시했다. 그리고 이 과정을 컴퓨터 프로그램을 이용해 단층촬영하고, 껍질이 외부로부터 가해지는 에너지를 흡수하는 방법을 정밀 분석했다. 그 결과 코코넛의 속 껍질층은 목질화(식물 세포벽이 리그닌이라고 하는 물질을 축적해 견고하게 되는 현상)가 두드러지고 다수의 돌세포(stone cell, 세포벽이 딱딱하게 굳어 다면체의 형태를 나타내는 세포)로 이뤄져 있다는 사실을 발견했다. 이 각각의 세포는 병렬의 형태로 엮여 있으며, 이는 외부로부터 가해지는 에너지의 균열 또는 굴절을 유발하면서 결과적으로 외부 충격을 소멸시키는 효과를 낳는다는 것. 연구진은 “이러한 구조는 외부로부터 전해지는 에너지가 직접적으로 두꺼운 껍질 전체를 통과할 수 없게끔 하는 효과를 가져다주며, 여기에 열매로 수분과 영양분을 전달하는 속껍질 속 관다발 역시 균열을 막아주면서 외부의 충격을 더욱 완화해주는 결과를 가져다 준다”고 설명했다. 이어 “코코넛 껍질의 이러한 성질을 건축 자재에 적용하면 균열의 방향을 조절하거나 균열 자체를 막을 수 있으며, 이는 수많은 인명 피해를 예방하는데 도움이 될 것”이라면서 “향후 코코넛 껍질 및 구조의 심층 연구를 통해 지진이나 산사태 또는 대형 자연재해로부터의 위협을 견딜 수 있는 건물을 만들 수 있을 것으로 기대한다”고 덧붙였다. 사진= ⓒkarepa / 포토리아 송혜민 기자 huimin0217@seoul.co.kr

최근 친환경 건축자재로 목재가 다시 주목받고 있다. 미국의 과학자들은 유리나 플라스틱과 같이 친환경과 거리가 먼 소재를 대체할 수 있는 ‘투명 목재’를 개발했다. 23일(현지시간) 미국 CNN뉴스는 “미 메릴랜드대학 칼리지파크캠퍼스(UMCP) 연구팀이 개발한 투명 목재는 기존 목재처럼 미생물에 의해 분해되지만 기존 목재보다 강도는 훨씬 더 튼튼하다”면서 “투명 목재는 오늘날 건축에 널리 쓰이는 유리나 철강을 대체할 수 있는데 상용화되면 건축 디자인 개념에서 혁신되는 것과 동시에 난방비와 연료소비 절감으로도 이어질 수 있다”고 보도했다. 연구를 이끈 리앙빙 후 UMCP 재료공학부 교수는 이런 투명 목재는 2단계 공정을 거쳐 만들어진다고 밝혔다. 첫 번째는 유관속 식물에 함유된 유기물인 ‘목질소’(리그닌)를 수산화나트륨과 과산화수소를 사용한 화학처리로 제거하는 것이다. 이 과정은 펄프 제조와 같은 것인데 목질소는 나무에서 노란색을 일으키는 물질이다. 두 번째는 보강제나 접착제로 쓰이는 열경화성 플라스틱 물질 ‘에폭시 수지’를 나무의 물관과 체관에 주입하는 것이다. 이 과정에 걸리는 시간은 약 1시간. 이를 통해 물관과 체관의 세포벽을 형성하는 나노섬유인 셀룰로스의 구조를 유지하는 것은 물론 강도를 더 높여 투명 목재를 완성하는 것이다. 연구팀은 투명 목재가 앞으로 폭넓은 분야에서 응용될 것으로 기대한다. 후 교수는 우선 이 목재가 유리를 대체할 것으로 전망한다. 그는 “유리는 단열성이 떨어져 겨울은 물론 여름에도 큰 문제가 된다”고 말했다. 반면 목재는 자연적으로 단열 효과가 있어 겨울 추위와 여름 더위를 막는 것은 유리보다 훨씬 더 좋다는 것이다. 또 투명 목재는 빛의 흡수율이 높은 특성도 있어 태양 에너지를 전력으로 변환하는 태양전지에 이용할 수 있다. 적용되면 효율은 최대 30%까지 향상할 수 있다고 한다. 이뿐만 아니라 투명 목재는 건축과 공학 분야에 걸쳐 친환경 건축자재로 사용할 수 있다는 것이다. 이에 대해 후 교수는 “목재는 잠재적으로 철강과 비슷하거나 그 이상의 무게당 강도를 실현할 수 있을 것”이라면서 “무게는 나무가 더 가볍다는 장점도 있다”고 말했다. 앞으로 연구팀은 추가 연구를 추진하기 위한 자금 마련에 나설 계획이다. 이를 통해 투명 목재는 수년 안에 상품화할 수 있다고 연구팀은 전망한다. 이번 연구 공개 이후 이미 기업 문의도 잇따르고 있다고 한다. 이에 대해 후 교수는 “투명 목재의 소재는 예전부터 쓰였으며, 목재 산업에서는 이미 많은 노하우를 축적한 제조 인프라도 갖춰져 있다”면서 “따라서 이 분야는 매우 빠른 속도로 성장할 것“이라고 예상했다. 이 연구성과는 국제 학술지 ‘어드밴스드 머티리얼스’(Advanced Materials) 최신호(4일자)에 게재됐다. 사진=UMCP 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr