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우리나라는 2020년 기준 570 MtCO e를 배출하여 세계 8위를 차지하였으며 배출량의 20%가 석유화학산업에서 발생하였다 (2021년. 세계 에너지 및 기후통계, 2020년 산업부문 에너지사용 및 온실가스 배출량 통계). 따라서 이제는 이산화탄소 배출량을 줄이기 위해 석유에서 탈피하 여 재생 가능한 탄소 (renewable carbon) 로 눈을 돌려야 할 때이다.
재생 가능한 탄소원, 2세대 바이오리파이너리 기술개발
우리나라 전체 화학제품 가운데 재생 가능한 탄소로부터 생산되는 화학제품의 비율은 아직 미미하지만, 최근 CJ제일제당은 미국의 메타볼릭스사를 인수하여 생분해 플라스틱 수지인 Polyhydroxyalkanoate (PHA) 를 생산하고 있으 며 금호피앤비화학과 OCI가 공동으로 바이오디젤 생산 공정의 부산물인 글리세롤로부터 에폭시 수지의 원료인 Epichlorohydrin (ECH) 을 생산하는 공장을 동남아시아 지역에 건설한다고 발표하였다. LG화학도 2021년에 미국의 곡물 가공회사인 ADM과 함께 포도당을 원료로 미생물 발효를 통해 얻어지는 젖산으로 Polylactic Acid (PLA) 를 생산하는 공장을 미국 일리노이주에 건설할 계획을 발표하는 등 1세대 바이오리파이너리 기반의 화학제품 비율은 증 가하고 있다.
탄소중립의 관점에서 볼 때 이러한 노력은 긍정적인 변화라고 볼 수 있지만, 대부분 식량자원인 전분이나 당질계 원 료를 이용한다는 것이 윤리적인 측면에서 볼 때 아쉬운 점이다. 왜냐하면 아프리카나 동남아시아 개발도상국의 많은 국민은 여전히 식량부족으로 기아에 고통 받고 있기 때문이다. 이러한 이유로 최근에는 유럽을 중심으로 비 식량자 원인 리그노셀룰로오식 바이오매스 (목재 부산물, 볏짚, 사탕수수 부산물 등) 를 재생 가능한 탄소원으로 활용하기 위한 2세대 바이오리파이너리 기술개발이 활발히 진행되고 있다.
리그노셀룰로오식 바이오매스의 중요성
리그노셀룰로오식 바이오매스는 화학제품 생산을 위해서 분명히 가치 있고 재생 가능한 탄소원이다. 왜냐하면 리그노셀룰로오식 바이오매스를 구성하는 셀롤로오스와 헤미셀룰로오스에 기초한 가치사슬을 만들게 되면 1세대 바이오리파이너리 기술과 같이 미생물 발효를 통해 다양한 바이오케미칼과 바이오플라스틱 수지 원료들을 생산할 수 있 고 리그노셀룰로오식 바이오매스를 구성하는 또 다른 성분인 리그닌을 활용하여 방향족 바이오케미칼도 생산할 수 있기 때문이다. 리그노셀룰로오식 바이오매스의 중요성이 점차 높아짐에 따라 생물화학적 전환에 대한 연구개발뿐 아니라 원료의 발생과 수급에 관련된 체계적인 연구, 정책, 투자전략 수립도 유럽을 중심으로 진행되고 있다. 예를 들면, 프랑스는 Cambioscop 프로젝트를 통해 각 지역마다 발생하는 농업 부산물의 종류와 양에 관한 연구가 진행 중이며 네덜란드는 1, 2세대 바이오매스를 활용한 바이오화학산업 기반 구축을 위한 로드맵을 수립하면서 (1)기술과 시장의 개발, (2)원료의 생산을 강화하고 확장, (3)인센티브와 규제의 도입, (4)통합적인 접근, 협력, 지식 기반 의 개선을 추진하고 있다. 한편 영국의 BSI는 탄소배출의 관점에서 투자 표준가이드 (The Principles of Sustainable Finance In Financial Services Organizations) 를 발표하였는데 유럽의 경우 이러한 연구, 정책 및 투자 로드맵들을 구체화하면서 바이오기반 경제 요소들을 구축하여 2050년 탄소중립 목표를 향해 준비해나가고 있다.
이러한 세계의 흐름과 국내 화학기업들의 움직임에 맞추어 국내에서 리그노셀룰로스에 기반한 2세대 바이오리파이너리 기술과 제품을 개발해 나가고 있는 ㈜리그넘의 기술과 제품에 대해서 알아보기 위해 박오진 연구소장과 인터뷰 를 진행하였다. 국내에서 개발된 기술들이 세계로 향해 나아갈 수 있도록 하기 위해서 넘어야 할 과제들을 알아보고 자 한다.
Q1 바이오리파이너리가 무엇인가요?
A1. 탄소중립을 향한 목표로 농업 및 임업 부산물과 같이 재생 가능한 원료 혹은 배출된 이산화탄소를 포집· 이용하고자 (CCU) 열, 압력, 금속 촉매 또는 미생물이나 효소와 같은 생물학적 촉매를 사용해 우리 생활에 필 요한 식품, 사료, 연료, 유기용매, 플라스틱 수지와 화학물질로 전환하는 일종의 대규모의 화학 공장이라고 할 수 있습니다. 나무를 이용하여 종이를 만드는 제지공장, 옥수수 전분이나 사탕수수를 원료로 미생물 발효를 통 해 차량용 에탄올 연료나 술을 제조하는 생물학적 공정, 옥수수 전분을 원료로 올리고당을 만드는 효소 공정, 포도당을 발효해서 젖산을 만들고 이를 분리해서 생분해 플라스틱인 PLA를 제조하여 상업화한 경우도 바이오 리파이너리의 좋은 예시라고 할 수 있습니다. 최근에는 미생물을 이용하여 제철산업에서 생산되는 CO 혹은 CO2 를 에탄올로 전환하는 기술도 개발되고 있습니다.
Q2 리그넘과 리그넘의 기술을 소개해주신다면?
A2. 리그넘은 미활용 리그노셀룰로오식 바이오매스를 업사이클링하여 플라스틱용 친환경·경량 충전재 (filler) 생산기 술을 개발하고 있습니다. 리그넘 공정의 부산물인 당 (Biosugar) 은 미생물 발효나 화학 전환을 위한 원료로 사용하여 바이오케미칼을 제조할 수 있어서 전체적으로 보면 원료를 10 0 % 이용하기 때문에 비교적 싼 가격으로 플라스틱 충전 재를 공급할 수 있습니다. 북유럽과 미국을 중심으로 산림 유래 미활용 자원을 이용하여 연료와 화학제품을 생산하 고자 하는 많은 노력이 있으며, 리그넘 또한 고유의 공정과 이를 통해 얻은 차별화된 제품을 통해 상업화를 향해서 전 진하고 있으며 이런 면에서 리그넘의 공정과 제품은 세계에서 주목받는 기술이라고 할 수 있겠습니다.
Q3 리그넘의 제품 및 기술의 환경 친화적인 면은 어떤 것이 있을까요?
A3. 첫째 리그넘의 기술은 폐기물을 자원화 하는 업사이클링 기술입니다. 둘째 생산 공정에서 배출되는 이산화탄소의 배출이 다른 석유화학 공정에 비해 월등히 적습니다. 셋째 SSEIF를 충전재로 사용하는 플라스틱은 기존의 무기 충전 재를 사용할 때보다 경량화 되어 차량용 플라스틱에 적용 시 연비가 개선되어 이산화탄소 배출량을 줄이게 됩니다.
Q4 리그넘 제품의 차별화 포인트는?
A4. SSEIF는 기존의 바이오매스 기반의 충전재 (예를 들어 나노셀룰로스) 와 비교할 때 소수성이 높아 수지 내 에서 분산성과 상용성이 우수하여 별도의 화학적인 처리 없이 그대로 플라스틱 충전재로 사용 가능하며 기존의 플라스틱 수지인 PP, PE, ABS, PA 등과도 별도의 가공설비 추가 없이 높은 비율로 혼합됩니다. 또한 저희 소재 는 UV 차단, 항균, 내스크래치, 생분해성 등 추가적인 특성이 있습니다.
Q5 사업화와 개발 진행 중인 제품은 무엇이 있을까요?
A5. SSEIF는 자동차 플라스틱 부품에 경량화 소재로 일부 적용되고 있으며 점차 적용 범위를 확대해 나가고 있 습니다 <그림 1>. 차량 외 페인트, 코팅, 인조 가죽, 전선용 피복, 타이어의 충전재로도 사용하고자 용도 개발 중 입니다. 또한 PLA, PBAT, PBS, PHA와 같은 생분해성 수지와 혼합하여 가격경쟁력이 높은 생분해 포장지, 농 업용 생분해 멀칭 필름 (mulching film) 을 개발하고 있습니다. 그리고 SSEIF는 천연 유래이고 입도 조절이 가능 한 파우더 (powder) 성상으로 화장품 원료로 적용 가능할 것으로 생각하고 스크럽, 선크림용 소재로 개발하고자 합니다.
Q6 앞으로 계획과 비전 - 사업화를 위한 준비와 앞으로의 포부와 계획은?
A6. 2022년 말 완공을 목표로 연산 300톤 규모 데모 공장을 구축 중입니다. 이를 통해 상업공정의 경제성 분 석, 상업화 연구, 시장 개척 및 고객 확보에 노력할 계획입니다. 리그넘은 원료와 시장의 두 가지 관점에서 해외 진출을 목표로 사업을 전개하고 있습니다. 단기적으로는 국내에서 첫 상업공장 건설을 목표로 하고 있고, 장기 적으로 리그노셀룰로오식 원료가 풍부하고 SSEIF 수요가 높은 지역에 해외공장을 건설하는 것을 계획하고 있 습니다. 이를 통해 리그넘은 바이오매스 전환공정의 글로벌 리더가 될 것입니다.
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