중국의 바이오매스 기반 신소재 및 생물 연료 개발 현황과 산업화 과제 doc_id CNTS-00118885770_19

최근 헤이룽장(黑龍江)대학 연구팀은 최근 관련 연구를 통해 ‘그룹 코디 조립 방법(Groups coordinated assembly method)’으로 바이오매스 그래핀 제조에 성공하였다. 연구팀은 밀짚을 원료로 하여 바이오매스 그래핀 그룹 코디 조립 제조 공법을 개발하는데 성공하였다. 바이오매스로 제조한 그래핀은 더욱 우수한 성능을 보유하고 있다. 바이오매스 원자재는 매우 풍부하며 환경오염이 작고, 에너지 소모가 크고 생산 원가가 대폭 감소되고 제품 분산 성능은 더욱 효과적이고 더욱 쉽게 저장할 수 있는 것으로 나타났다. 연구팀의 관련 연구개발 성과는 성취안(聖泉) 그룹에서 응용되었다. 성취안 그룹은 현재 이미 관련 연구개발 성과를 응용하여 연간 생산량이 150톤에 달하는 바이오매스 그래핀 중간 테스트 생산 라인을 구축하였으며 연간 생산 능력이 2,000톤에 달하는 글로벌 최초의 바이오매스를 원료로 하는 그래핀 공업화 프로젝트도 실행 단계에 있는 상황이다. 중국 임업(林業)과학연구원 저우융훙(周永紅) 연구원이 주도한 연구팀은 최근 관련된 연구를 통하여 바이오매스로 해로운 원료를 대체하여 폴리 우레탄을 제조하는 에너지 절약형 보온 재료 핵심 기술을 개발하는데 성공하였다. 장수(江蘇) 창린(强林) 바이오 에너지 재료 유한회사는 저우융훙 연구원 연구팀의 관련 연구개발 성과를 응용하여 중국 최대 규모(30,000톤/년)의 바이오매스 폴리 에스테르 폴리올 생산 라인과 20,000톤/년 규모의 중국 내 최초 유성 폴리 에스테르 폴리올 연속 생산 라인을 구축하고 관련 개발 성과를 장수(江蘇), 푸젠(福建) 지역에 보급하였다. 저우융훙 연구원 연구팀은 폐기 유지, 목본 유지, 테레빈유(turpentine) 등 비(非) 식용(食用) 천연 유지로 석유 화공 원료를 대체하고 석유화학 품질 수준과 유사한 신형 유지와 테레빈유, 폴리 에테르 폴리올 및 로진의 폴리 이소시아네이트를 개발하였다. 폴리 우레탄 포말은 현재 세계적으로 성능이 제일 우수한 열 차단 보온 재료에 속한다. 바이오매스 폴리 우레탄으로 개발한 에너지 절약 및 보온 재료는 제품과 기술이 단일하고, 제품 품질이 석유화학 제품과 비교하여 격차가 크고 난연성이 떨어지고 반응에서 생성되는 2차 오염이 심각하고 생산 운행 안정성과 제어 가능성이 떨어지는 등 문제점이 존재한다. 이런 문제점을 해결하기 위해 저우융훙 연구원 연구팀은 바이오매스로 해로운 원료를 대체하여 성능이 석유화학 제품과 동일한 동시에 양호한 난연제 성능을 보유한 폴리 우레탄 에너지 절약 보온 재료를 개발하였다. 이번 연구는 국가과학기술부의 ‘첨단기술 산업화 프로젝트(973 계획)’ 비용 및 국가 임업국(林業局)의 ‘948 프로젝트’ 비용 지원을 받아 추진되었다. 중국에서 매년 신규 증가한 수백만 톤의 구렁창 오일의 처리문제에 대해 항저우(杭州)젠더(建德)의 기술연구팀은 해결책을 모색하고 있다. 10월 22일 중국상페이(商飛)유한책임회사(중국상페이(商飛)라고 약칭)와 보잉중국회사가 협력한 중미(中美)항공 생물 연료 모범 프로젝트가 항저우(杭州)젠더(建德)다양전(大洋鎮)에서 준공식을 진행했고 정식으로 운영에 투입할 것을 발표했다. 당일 회의에서 보잉, 중국상페이(商飛) 및 동 프로젝트를 책임진 항저우(杭州)에너지 공정기술 유한회사(항저우(杭州)에너지로 약칭)의 삼자 책임자들은 전부 회의에 참석했으며 동 프로젝트의 진도와 구체적인 상황을 상세하게 소개했다. 관련 소개에 근거하면 동 모범 프로젝트는 폐기된 식용유(즉 구렁창 오일)에 대해 특수한 가공 전환 절차를 진행하여 매일 0.5톤의 기준에 부합되는 항공 연료를 생산할 수 있다고 한다. 보잉의 예측에 근거하면 미래 20년간 중국은 6,000대 이상의 항공기가 소요될 것이고 전 세계에서 제일 큰 민용 항공기 시장으로 될 것이며 이로 하여 중국은 더 많은 항공 오일을 소모하게 될 것이다. 또한 보통 항공오일 가격의 지속적인 불안정과 항공 산업 이산화탄소 배출 감소의 필요성이 계속 강화되고 있으므로 이상 중미 합작 프로젝트를 포함한 생물 연구개발에 대해 많은 기대를 하고 있다. 보잉과 상페이(商飛)의 계획에 근거하면 동 프로젝트는 향후 상업화를 실현한 후 18억 리터의 “구렁창오일”을 생물 항공오일로 전환할 수 있으며 계산을 하면 매년 최대 약 160만 톤의 구렁창오일을 소화시킬 수 있다고 한다. 하지만 동 목표를 실현하려면 원가가 여전히 제일 큰 장애로 된다. 항저우(杭州) 에너지의 대표이사 주추이한(朱萃漢)의 소개에 근거하면 사전 실험단계의 수치로 보면 현재 동 기술은 기타 생물 연료 전환 기술보다 원가가 약 50% 낮지만 여전히 보통 항공 연료 원가보다 1배 높다고 한다. 관련 정보에 근거하면 22일 운영에 투입한 동 모범 프로젝트의 목적은 대 규모 생산의 원가를 절감할 수 있는지 여부에 대해 평가하는데 있다. 중국의 생물재료 연구는 시작이 비교적 늦으며 현재까지 여전히 유사제품 사이에서 심각한 경쟁이 존재하고 혁신적인 제품이 부족한 등 문제가 존재한다. 최근에 생물 산업의 발전은 이미 정부의 높은 관심을 끌고 있다. 중국 국무원에서 발표한 ‘국가 12차 5개년(2011-2015년) 계획 기간 국가 전략적 신흥 산업 발전계획’에서는 생물 산업을 7대 전략적 신흥 산업 중의 하나로 선정했으며 오는 2015년에 동 산업의 연간 평균 성장률을 20% 수준에 도달시킨다는 목표를 확정하였다. 생물 재료는 오래전부터 사람들의 생활에 이용되기 시작했다. 기원전 약 3500년에 고대 이집트인은 면화 섬유, 말갈기를 실로 이용하여 상처를 봉합했다. 하지만 임상에서의 첫 번째 사용은 19세기 말에 이르러서야 나타났다. 1886년에 처음으로 철강 편 및 니켈 도금 강으로 골절을 치료하는데 성공했다. 현재까지 인체에서 대뇌를 제외한 기타 장기에 전부 사용될 수 있는 상황이다. 우둥양(伍東揚)도 추가로 동 프로젝트가 최초로 프로젝트를 시작할 때부터 자원, 사회 및 경제 3가지 차원에서의 지속 발전 가능성을 감안했다고 해석했다. 사회의 지속 발전 가능성에 대한 예를 들면 현재 생물 연료의 3대 원천 중 동식물 오일류 및 전환율이 낮고 투자가 높은 목질 섬유(예를 들면 밀짚, 목질 폐기 원료)이외에 원가가 상대적으로 낮은 전분 유형(예를 들면 옥수수, 사탕수수, 카사바 등)이 있지만 전분 유형의 원료로 연료 개발을 하면 필연적으로 “국민과 식량을 뺏는 현상”이 발생할 수 있으므로 처음부터 연구팀은 이런 유형의 원료를 선택하지 않았다. 항공 오일 원가의 2배에 달하는 상황이 될 것으로 전망된다. 경제의 지속 발전 가능성은 생물 원료가 시장으로 진출하는 최대 장애가 되고 있다. 주추이한(朱萃漢)의 소개에 근거하면 현재 주요 유형의 생물 연료는 보통 항공 오일원가의 3~13배이며 중미(中美) 항공 생물연료 모범 프로젝트에서 연구개발한 생물 항공오일 원가는 보통 항공 오일 원가의 2배이다. 하지만 항공회사의 차원에서는 여전히 받아들이기 어려운 수자이다.