한국화학연구원 이진희·안진주·박지훈 박사 연구팀은 독성가스 없이 폴리우레탄 원료인 MDI를 제조하는 공정을 개발했다고 19일 밝혔다.

폴리올과 이소시아네이트를 반응시키면 거품처럼 부풀어 오르면서 플라스틱의 일종인 폴리우레탄이 만들어진다. 이소시아네이트의 대표적인 종류로 TDI와 MDI가 있는데, TDI는 주로 부드러운 소파나 매트리스·자동차 시트 등 쿠션 제품에 많이 쓰이고 MDI는 냉장고·LNG 선박·건물의 단열재에 쓰이는 딱딱한 경질 폼부터 고밀도 매트리스 등 말랑한 연질 폼까지 두루 사용된다.

폴리우레탄 생산 분야에서 이산화탄소를 재활용하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있는데, 폴리올은 비교적 합성이 쉬워 최근 국내 기업에서도 이산화탄소를 넣은 폴리올 제조에 성공한 바 있다. 하지만 이소시아네이트는 합성이 어려워 이산화탄소 전환 공정을 적용하기 어려웠다. 생산 효율을 높이기 위해 포스젠화 공정이 필수적이지만, 포스젠은 2016년 누출 사고로 근로자가 사망하기도 했을 정도로 유해한 독성 가스여서 엄격한 안전 기준 아래에서 관리되고 있다.

연구팀은 포스젠 대신 이산화탄소를 활용한 MDI 제조 공정과 함께 생산 효율을 높일 수 있는 팔라듐-이산화타이타늄 촉매를 개발했다.

각각 온실가스 1·2위를 차지하는 메탄과 이산화탄소를 반응시켜 일산화탄소와 수소가 섞인 합성가스로 바꾼 뒤 포스젠 대신 투입, 중간물질을 생산하는 대체 공정을 개발함으로써 이산화탄소 배출은 물론 독성가스 사용도 줄이거나 없앨 수 있다. 팔라듐-이산화타이타늄 촉매를 이용해 중간물질 전환 과정에서 생성되는 부산물을 줄임으로써 전환 효율을 높였다.

연구 단계에서부터 '전과정평가'(LCA·제품의 원료 채취, 생산, 유통, 사용, 폐기 등 전 과정에서 자원·에너지·오염물질을 정량화해 환경 영향을 평가하는 기법)를 수행해 객관적인 인체·환경적 유해성 감소 효과도 확인했다. 평가 결과, 기존 포스젠 사용 공정에 비해 이산화탄소 발생량은 16.1% 줄었으며 암을 포함한 인체 독성 영향은 22.8% 감소한 것으로 나타났다.

연구팀은 올해 연속공정 개발과 공정 통합화를 시작으로 2030년께 파일럿 규모 실증을 통해 상용화를 추진할 계획이다.

이번 연구 결과는 국제 학술지 '화학공학 저널'(Chemical Engineering Journal) 이달 호에 실렸다.