우리는 지금 ‘플라스틱의 시대’로 불릴 만큼 많은 플라스틱을 쓰고 있다. 좀 더 자세히 내 주변을 살펴보게 되면 아주 많은 양의 플라스틱을 쓰고 있고 여러 가지 제품의 특성을 고려한 목적으로 엄청나게 다양한 플라스틱 종류들이 쓰이고 있다.

황인상 기자 his@

유엔환경계획에 따르면 지난해 전 세계에서 생산된 플라스틱은 약 4억 3000만 톤에 달하는데 이 중 절반 이상이 포장재, 소비재 등 제품으로 가공돼 단기간에 사용하고 버려진다. 플라스틱 1톤을 생산하는데 약 5톤의 이산화탄소가 배출되지만 전 세계 플라스틱의 재활용 비율은 10프로 미만에 그친다.

▲ 서영수 교수

기존 CNF의 단점 극복한 표면 개질 공정 개발
(주)두와이즈켐의 행보가 화제다. 최근 주목을 받고 있는 두와이즈켐은 식물에서 추출한 셀룰로스를 활용한 셀룰로스 나노섬유(CNF)를 기반으로 한 친환경 소재 개발에 매진하고 있는 곳이다. 9년여 전 국내 펄프회사와 함께 나노셀룰로스 관련 기술을 함께 개발해온 두와이즈켐은 국가 연구비를 발판으로 다양한 분야에 적용할 수 있는 나노셀룰로스 소재를 개발하고 있다. CNF 소재는 상온에서 가공이 가능하며 가볍고 유연해 전자부품, 태양전지, 터치 패널 등에도 활용 가능하다. 특히 자동차부품에 활용될 경우 차량 경량화와 연비 향상은 물론 시장도 크게 확대될 것으로 기대되고 있다.

최근 두와이즈켐이 선보인 무기질화 셀룰로스 나노섬유(mCNF)는 식물에서 추출한 셀룰로스 성분을 주성분으로 하기 때문에 매립시 자연분해가 가능하며 플라스틱 복합 시 재활용해도 물성 저하와 변색이 없다. 두와이즈켐은 이와 관련 NF 관련 기술을 국내 7건, 미국 1건, 유럽 1건 특허 출원하고, 현재 파일럿 설비로 제조한 샘플을 마케팅 전문가와 연계해 자동차 소재 및 전자소재, 플라스틱 컴파운딩 업체 등에 제공, 제품 적용 테스트를 진행 중이다.

서영수 (주)두와이즈켐 대표/세종대 나노신소재공학과 교수는 “기존 CNF의 단점으로 거론되던 변색과 응집 문제를 해결하고자 인체에 무해한 무기질인 모래(실리카)를 셀룰로스 나노섬유에 코팅하는 표면 개질 공정을 개발했다”면서 “mCNF를 배터리 분리막 소재인 HDPE와 PP에 적용하면 플라스틱의 친환경도를 높이는 동시에 물성을 개선하여 전기차 배터리의 안정성을 높이는 데에도 기여할 수 있다”고 설명했다. 앞으로 두와이즈켐은 기타 전열 교환기용 소재, 화장품, 기능성 코팅 등 적용처를 넓혀가는 한편, 가장 수요가 많은 자동차용 내장재 기업 공급을 목표로 2025년까지 20t 규모의 양산설비를 갖추어 간다. 2026년까지 매출 50억 원을 달성하는 것이 1차 목표다. 서영수 대표는 “배터리 분리막 베타테스팅 결과에 대한 내구성 데이터를 확보하고 있다”며 “향후 양산설비를 구축하고 대량생산을 시작한다면 상당한 파급효과를 낼 것”이라고 전망했다.

QD캡슐화 기술 통해 QD 필름을 높은 생산성으로 제조
서영수 대표가 10여 년간 개발한 기술을 상용화하는 것을 목표로 2018년 설립한 두와이즈켐은 성수동 파일럿 사업장과 교내 실험실 3개소를 운영 중이다. 이곳에서 십여 명의 석·박사 과정 학생들과 회사 전문연구원 6명은 CNF 외에도 고품질 디스플레이 및 스마트팜 조명에 적합한 고배리어 QD(quantum dot, 양자점) 캡슐 개발에도 심혈을 기울여왔다.

자체적으로 빛을 내는 2~10㎚ QD는 기존 발광체보다 색 순도 및 광 안전성 등이 높아 디스플레이의 색이나 빛을 내는 구성요소를 이루는 소재 중 가장 혁신적인 소재로 주목받고 있다. 그러나 주변의 수분과 산소, 온도 등 외부 요인에 취약하기에 이를 보완하고자 극복해야 할 과제들이 많았다. 이에 두와이즈켐의 QD캡슐화 기술을 통해 고분자 결정판 사이에 QD를 외부로부터 안전하게 보호하며, 열가공 압출공정으로 고부가가치 QD 필름을 높은 생산성으로 제조할 수 있다. 핸들링이 어려운 용액 상태의 QD를 분말화하여 모든 QD 입자가 고르게 분산되어 광효율의 저하가 없다. 또한 QD 외에 다양한 콜로이드 나노입자의 캡슐화도 가능하다. 이처럼 CNF와 QD캡슐 개발 기술의 우수성을 인정받아 두와이즈켐은 기업부설연구소, 현대차 후원 벤처활성화사업, 서울시 기술상용화지원사업, 중기부 구매조건부 신제품개발사업, 산자부 나노융합소재기술개발사업 등에 선정되는 쾌거도 거두었다.

서영수 대표는 “친환경이 생활 속에 정착하기 위해서는 일회용품을 넘어 우리가 평소 사용하는 자동차와 가전 등의 친환경화를 이루어내는 것이 중요하다”면서 “친환경이 보다 산업 깊숙이 정착할 때 비로소 유의미한 변화를 이끌어낼 수 있다”고 강조했다. 앞으로 두와이즈켐은 CNF를 적용한 자동차 소재 및 내장재의 시작품을 연내에 선보이기 위해 시작품 테스트를 거친 후 테스트 결과를 토대로 제품을 보완·개선해 양산에 돌입할 계획이다. 서 대표는 “나노셀룰로스의 문제점을 모래 도입이라는 친환경적인 방법으로 해결했지만 100% 친환경 소재를 구현하는 데에는 아직 가야 할 길이 멀다”면서 “진정한 의미의 100% 친환경 기술에 도달하는데 CNF가 가교 역할을 하길 바란다”고 소망을 밝혔다. NM