무독성 폴리우레탄 폼 원료제조 공정 개발…기존대비 단가 1.5배

한국화학연구원 연구팀, "탄소중립 등으로 경쟁력 확보 가능"

원료와 원료가 만나면 거품처럼 부풀어 오르는 폴리우레탄 폼은 주로 건축과 보수 공사 등에 많이 쓰인다.

값도 싸고, 경제적이지만, 독성가스 포스겐을 써서 제조해야 하는 단점이 있다.

국내 연구진이 이 문제를 해결했다. 독성없는 폴리우레탄 폼을 제조할 수 있는 공정과 촉매를 개발했다. 그러나 생산단가가 기존 석유 제품 대비 1.5배 정도 비싼게 흠이다. 이에 연구팀은 탄소 배출권 등과 연계한 생산체계 구축을 기대했다.

새로운 폴리우레탄 원료 생산 공정과 촉매를 개발한 한국화학연구원 연구진. 왼쪽부터 이진희 박사, 안진주 박사, 박지훈 박사.(사진=화학연)

한국화학연구원은 화학공정연구본부 이진희, 안진주, 박지훈 박사 연구팀이 이산화탄소를 사용하는 새로운 폴리우레탄 원료(MDI, 메틸렌 디페닐 디이소시아네이트) 제조를 위한 촉매와 공정을 개발했다.

이진희 책임연구원은 "이산화탄소는 기존 대비 16.1%, 인체 독성은 22.8% 줄였다"고 말했다.

기존 석유 제품을 원료로 쓸 때보다 이산화탄소는 12.18에서 10.22 kg CO₂ eq/kgMDI,로, 독성영향은 3.43에서 2.65 E-06 CTUh/kgMDI를 나타냈다는 것이 연구팀 설명이다.

이 책임은 "매회 공정을 다시 세팅하는 배치 공정과 연속공정이 있는데, 올해는 연속 공정 개발과 4단계 공정을 통합하는 작업을 추진할 것"이라며 "2030년 파일럿 규모 스케일업 등 실증을 통한 기술 상용화 가능성이 있다"고 언급했다.

이와 관련 화학연은 현재 장태선 박사 중심으로 연 20톤 규모의 데모 플랜트를 운영 중이다.

연구팀은 이번 기술 개발과 관련 ‘메탄과 CO₂’를 반응시켜 ‘일산화탄소·수소’가 섞인 합성가스로 바꾸는 ‘CO₂ 재활용 공정’을 개발했다.

화학연_240819_사본 -그림 2 플라스틱의 종류 및 풀리우레탄 원료 물질 (002)

포스겐 없이 MDI를 제조하는 분자 구조 개략도.(그래픽=화학연)

또 독성가스인 ‘포스겐’ 대신 ‘메탄올, 일산화탄소, 산소’를 반응시켜 다른 중간 물질로 바꾼 뒤 MDI를 만드는 ‘포스겐 대체 공정’도 확보했다.

연구팀은 반응에 방해되는 부산물 생성을 줄이기 위해 반응성이 좋은 팔라듐-이산화티타늄 촉매(Pd/TiO₂)도 개발했다.

연구결과는  화학 공정 분야 국제학술지인 ‘화학공학 저널(케미칼 엔지니어링 저널, Chemical Engineering Journal(IF : 15.1))’ 2024년 8월과 ‘그린화학(그린 케미스트리, Green Chemistry(IF : 9.3))’ 2024년 7월 논문으로 게재됐다.

연구는 한국화학연구원 기본사업, 산업통상자원부 한국에너지기술평가원 시장선도형 CCU 전략제품 생산기술 실증사업의 지원을 받아 수행됐다.