LivelUP이재현 변다예 이하영 김동일

Lignin

is

garbage?

no.

it is

nature resource.

LIGNIN

펄프폐기물, 바이오매스가 되다

머리말

값싸고 내구성이 좋다는 이유로

플라스틱은 무분별하게 사용되고 있습니다.

1인 가구, 택배 사용 증가 등의 요인으로 사용량이 늘어나면서

대한민국은 ‘세계 연간 플라스틱 소비량 1위’ 라는 기록을 세웠습니다.

하지만 넘쳐나는 플라스틱 폐기물에 대한 효과적인 대책은 없는 현실

‘플라스틱을 대체할 수 있는 물질이 없을까?’ 라는

궁금증을 가지고 4명의 공대생이 뭉쳤습니다.

친환경적이며 재활용이 가능한 플라스틱,

‘리그닌’ 속에 답이 있습니다.

더 나아가 리그닌은 무궁무진한 가능성을 가진 바이오매스입니다.

화석연료를 대체할 수 있는 바이오 연료로서의 리그닌,

단단한 결합을 가졌으나 기존 물질보다 가벼운 탄소섬유로서의 리그닌,

리그닌은 미래의 희망입니다.

미래는

현재, 우리가

무엇을 하는가에 달려 있다.The future depends on what we do in the present.

마하트마 간디Mahatma Gandhi

“ ”

목 차01/ 플라스틱으로 인한 환경오염

02/ 화석연료로 인한 환경오염

03/ 기존 바이오매스의 한계

01/ 리그닌 개념정리

02/ 왜 리그닌인가?

국내탐방

01/ ORE

02/ 전북대학교

03/ 서울대학교

해외탐방

04/ RECUP

05/ University of Warwick

06/ ALBIS

07/ KTH

08/ University of Birmingham

09/ Borregaard

10/ RISE

11/ ERDF

01/ 리그닌 바이오매스의 경쟁력

02/ 리그닌 제품의 미래가치

03/ Liginin Vision2050+을 제안하다

04/ BM Valley Platform

문 제 제 기

해 결 방 안

탐 방 활 동

탐 방 결 론

01 / 플라스틱으로 인한환경오염

02 / 화석연료로인한환경오염

03 / 기존바이오매스의한계

1

미세플라스틱의 재앙

대부분의 플라스틱은 자연적으로 분해가 되지 않는다. 지금껏 생산된 모든

플라스틱이 분해되지 않은 채 땅 밑에, 그리고 바닷속에 존재한다고 봐도

무방하다. 따라서 플라스틱 쓰레기는 땅속에서, 해양에서 수십 년째 누적되고

있다. 더구나 많은 나라가 제대로 된 폐기물 처리 시설을 갖추고 있지 않기

때문에 해마다 바다로 유입되는 양도 증가 추세에 있다.

바다의 플라스틱 쓰레기는 해류에 의해 마모되고 깨지면서 점점 더 작은 입자

가 된다. 미세 플라스틱의 심각성을 알리는 한 연구에서는 51조 개의 미세

플라스틱 조각이 해수면을 떠다니고 있다고 말한다. 미세 플라스틱은 해수면

뿐만 아니라 해수 층, 해저 퇴적물, 심지어 북극의 해빙에서도 발견될 정도로

플라스틱은 이미 해양 생태계에 만연한 오염물질이 됐다.

죽음의 알갱이 마이크로비즈

마이크로비즈(Microbeads)란, 미세 플라스틱의 한 종류로 다양한 성분과

크기를 지닌다. 주로 생활용품의 원료로서 생산 당시부터 작게 만들어진

1차 미세 플라스틱을 뜻한다. 노폐물 제거 효과가 뛰어나다는 성질을 이용하여

치약, 세안용 스크럽, 바디워시 등 생활용품과 화장품에 두루 사용된다.

즉 생활 속에서 제품 속 마이크로비즈는 폐수를 따라 바다까지 흘러간다.

마이크로비즈의 원료인 비스페놀 A는 내분비계를 교란할 수 있는 물질로

알려져 있다. 심지어 바다를 떠다니면서 스펀지처럼 PCB, PAH, 트리클로산 등

독성물질도 흡수한다. 때문에 이 알갱이는 동물뿐 아니라 사람에게도

해로울 것으로 우려된다.

미세 플라스틱(Microplastics) :

크기 5mm 이하의 작은 플라스틱

입자 . 파편 , 알갱이 , 섬유 등 .

생산 당시부터 작게 만들어지거나,

생산 후 인위적 또는 자연적으로

마 모 되 는 경 우 로 분 류 된 다 .

[ 미세플라스틱 크기비교 ]

미세 플라스틱 : 직경 5mm 이하

500ml 생수병 직경 : 약 60mm

0.085배의작은 사이즈

1-1 플라스틱으로 인한 환경오염

[ 마이크로비즈실제사진 ]

비스페놀A(bisphenol-A , BPA) :

1950년대부터 플라스틱 제품 제

조에 널리 사용돼 온 화학물질로

동물이나 사람의 체 내로 유입될

경우 내분비계의 정상적인 기능을

방해하거나 혼란 시키는 환경호르

몬의 일 종 이 다 .

[ 플라스틱해양오염현황 ]

문제제기

1-1 플라스틱으로 인한 환경오염

사용하는 시간 5분, 분해되는 시간 500년

북태평양 바다에 한반도 면적의 7배가 넘는 거대한 섬이 있다고 한다. 사람이

살 수는 없지만, UN에는 계속해서 이 섬을 공식 국가로 인정해달라는 청원이

이어지고 있다. 앨 고어 미국 전 부통령이 1호 시민을 자처한 이 섬의 이름은

‘GPGP(Great Pacific Garbage Patch)’, 거대한 플라스틱 쓰레기 섬이다.

2018년 3월 발표된 GPGP 공식 연구 결과에 따르면 이 섬을 이루고 있는

플라스틱 쓰레기의 개수는 약 1조 8000억 개, 무게는 8만 톤이나 된다.

플라스틱 대란. 대책 마련도 좋지만, 근본적인 해결책이 필요하다!

Key Point

일회용 플라스틱은

생산하는데 5초,

쓰는 데 5분,

분해되는데 500년이

걸립니다.

인류가

아무것도 하지 않는다면

50년후 바다에는

물고기보다플라스틱이

더 많아질 것입니다.

-팀 머만스 , 프랑스 유럽연합

집행위원회 부위원장

“ ”

GPGP(Great Pacific Garbage Patch)섬

매년 비닐 쓰레기에 목이 낀 채 살아가는 바다거북, 배를 가르자 쓰레기 더미가

나온 고래 등 사람이 버린 쓰리기로 인해 죽은 해양 생물들의 사진이

공개될뿐더러, 환경오염뿐만 아니라 먹이사슬에 영향을 끼쳐 궁극적으로

인류 건강과 식량 문제에도 영향을 끼칠 수 있다는 우려도 끊임없이 제기되어

왔다. 더 이상 지켜보기만 해선 안된다. 근본적인 해결책이 필요한 시점이다.

2,300

2,600

2,900

3,200

3,500

3,800

4,100

플라스틱류(톤/일)

(통계청 폐기물 발생현황-생활폐기물 2006-2015)

2006

2010

2015

급격히 증가하고 있는 플라스틱 폐기물

GPGP 섬을이루는

플라스틱쓰레기의무게는

8만톤이나된다.

개수로는 1조 8000억개

8만톤의무게는

1톤트럭이 8만개의

규모이다.

문제제기

1-1 플라스틱으로 인한 환경오염

여전히 증가하는 추세인 화석연료 사용량

에너지 혁신을 위한 세계의 노력. 그러나 머물러있는 대한민국

파리 기후 변화 협정을 계기로 195개의 모든 당사국이 탄소 감축 의무를 부과

하게 되었다. 현시점에서 에너지전환 기술 개발은 선진국 뿐만 아니라 개발도상

국을 포함한 전 세계적 이슈로 확산되고 있다. 이에 따라 석탄화력 및 원자력발

전 비중은 확연히 감소하는 한편, 재생에너지와 천연가스 발전이 빠른 속도로

확대되고 있다.

우리 정부는 에너지 공급 과정에서 환경과 국민안전을 보호한다는 명목 아래

환경비용 반영, 미세먼지 저감, 온실가스 감축 등을 위한 정책을 연이어 발표하

였다. 전력 공급 시 경제성과 함께 환경과 국민안전을 고려해야 한다는 ｢전기사

업법｣ 개정안과 미세먼지 저감 목표를 구체화한 ｢미세먼지 관리 종합 대책｣, 부

문별 온실가스 감축 계획을 수립한 ｢온실가스 로드맵(안)｣, 고농도 미세먼지 발

생 시 미세먼지 농도를 저감하기 위한 ｢화력발전 상한 제약 운영(안)｣ 등의 정

책을 발표한 바 있다.

그러나, 에너지전환 선언에도 불구하고 석탄화력발전 비중은 오히려 증가하는

등 정책 추진의 실효성이 떨어진다는 지적이 제기되어왔다. 2017년 석탄화력

발전량은 전년 대비 11.4% 증가하며 역대 최고치를 경신하였으며, 전체 발전

량에서 차지하는 비중은 43.0%를 차지하였다. 석탄화력발전의 증가가 지속될

경우 미세먼지 발생, 온실가스 배출 등의 문제는 심화될 것으로 우려된다.

세계의 많은 기업, 국가들이 화석연료 사용을 줄이려 하고있다.

우리는 화석연료만큼 효율적인 대체연료 개발을 위해 노력해야 한다!

Key Point

[2016년 OECD국가 발전량믹스추이]

OECD 국가의 2016년 발전원

별 전력 생산 비중을 보면, 석탄

화력발전은 28%, 원자력발전은

18% 수준까지 하락하는 반면에,

재생에너지 발전 비중은 24%,

천연가스 발전 비중은 28%까지

빠른 속도로 상승하였다.

50

90

130

석탄(toe)

석유(100만 톤)

자료 : HEAL (2013)[ 화석연료로인한환경오염과건강에미치는피해 ]

오염물질 관련 건강 피해

Carbon dioxide(CO2)

기후변화로 인한간접적 영향

High volume hazardous air pollutants

Sulphur dioxide(SO2)

폐 기능, 천식 악화만성기관지염, 눈 자극

Nitrousoxides(NO2)

천식 악화, 폐질환심부정맥, 허혈성 뇌졸중

Particular matter

천식 악화, 폐암심부정맥, 심근경색증

Ammonia 호흡기 자극, 화상

2008

2016

1-2 화석연료로 인한 환경오염문제제기

1-2 화석연료로 인한 환경오염

1세대 바이오 매스의 아픈 실패

바이오매스는 에너지원으로 사용 가능한 동, 식물 및 미생물의 유기물 중량을

뜻하고 재생 가능한 농·임업 부산물, 음식 쓰레기, 축산 분뇨는 모두 바이오

자원에 속한다.

화 석 연 료 는 지 구 온 난 화 의 주 범 인 이 산 화 탄 소 를 발 생 하 게 하 면 서

그 양이 한정되어 있어 언젠가는 고갈되지만 바이오매스는 광합성을 통해

이산화탄소를 흡수하는 효과와 함께 생물체의 생장이나 재배, 또는 폐기물의

자원화를 통해 지속적인 생성이 가능하다.

하지만 곡물, 옥수수, 사탕수수와 같이 농작물을 에너지원으로 사용하는

1세대 전분계 바이오매스의 아픈 실패를 기억하자. 바이오매스는 점차

다양화되고 있지만 한정된 경작지와 식량부족 , 복잡한 처리 공정과

과다한 비용 발생 등 각각의 문제점 또한 내재되어 있다. 이러한 문제점 등을

해소해 나가는 연구 진행과 함께 새로운 에너지원을 발굴하고 개발해 나가는

작업이 적극적으로 병행돼야 한다.

바이오 매스를 다시 한번 활용하다. 바이오 리파이너리에 주목하자!

Key Point

바이오매스(Biomass) :

화학적 에너지로 사용 가능한 식

물, 동물, 미생물 등의 생물체를

말한다. 즉 바이오 에너지의 주된

에너지원을 의미한다.

T I P :

전분계 바이오매스라 불리는 1세

대 바이오매스는 옥수수, 사탕수

수 등과 같은 곡물, 2세대는 목질

계 바이오매스 그리고 3세대는

해조류 바이오매스로 분류된다.

미래 화학시대의 주도자, 혁신에 도전

석유를 비롯한 천연자원의 고갈, 과도한 에너지 사 용과 빠른 속도의 산

업화 및 개발이 초래한 환경 문제는 국내 뿐 아니라 글로벌 이슈가 되었고,

지속 가능한 미래를 위한 상호 협력과 대안이 제시되고 있다. 세계의 에너

지 수요는 빠른 속도로 증가하는 추세이며, 지구 온난화로 인한 평균 온도

상승을 억제하기 위해 장기적으로 온실가스 저감과 함께, 순환형 저탄 소,

혹은 탄소중립형 에너지 개발이 필수적이다. 바이오매스의 생물학적 발

효 등으로 생산되는 바이오 에탄올/부탄올 등의 바이오 연료는 주로 광합

성으로 CO2를 고정하는 식물 바이오매스를 사용하므로 탄소 중립적인

(carbon-neutral) 에너지원이다. 따라서, 재생 가능 자원인 식물 유래의 바

이오매스를 화학 제품과 에너지로 전환하는 바이오 리파이너리의 산업적

실현에 대한 기대가 매우 크다.

바이오 리파이너리 (Bio-refinery) :

기존의 화석 연료가 아닌 바이오매

스로부터 재생가능한 연료, 전력 및

화합물을 생산하기 위한 바이오매

스 전환 공정과 장치를 아우르는 표

현이다.

개념은 원유로부터의 다양한 연료

와 제품을 생산하는 석유화학 산업

과 유사하지만, 새로운 바이오 기반

의 연료와 화학 산업을 창조하는 가

장 유망한 산업으로 인식된다.

문제제기

1-3 기존 바이오매스의 한계

1-3 기존 바이오매스의 한계

01 / 리그닌개념정리

02 / 왜리그닌인가?

2

리그닌이란?

셀룰로오스, 헤미 셀룰로오스와 함께 목재를 구성하는 주요 성분이다. 주로 세포

벽에 다량 분포하고, 침엽수에는 약 25~30%, 활엽수에는 20~25% 정도가 함

유되어 있다. 셀룰로오스, 헤미 셀룰로오스와 강하게 결합해 있으며, 쉽게 부패하

지 않고 단단함을 제공하기 때문에 목재 및 나무 껍질의 세포벽 형성에 있어서 매

우 중요하다. 리그닌은 줄기와 관다발조직을 강화시키며, 물과 무기염류가 수송

되는 수분 수송조직의 주요한 성분이기도 하다. 리그닌은 식물을 지지하는 역할

이외에도 식물을 보호하는 기능을 한다. 리그닌은 물리적으로 단단하기 때문에

동물에 의해 쉽게 먹히지 않고, 병원체의 생장을 차단하며, 감염이나 상처에 종종

리그닌화가 일어나 식물을 보호한다.

자연적으로 존재하는 천연 고분자이며 그 분자량은 800~10000까지 다양하다.

침엽수와 활엽수에서의 리그닌이 많은 차이점을 보이므로 침엽수 리그닌과 활엽

수 리그닌으로 각자 나누어 구분한다. 침엽수 리그닌의 메톡실기 함유랑은 15%

로 활엽수 리그닌보다 작으며 산소 함유랑 또한 활엽수 리그닌에 비해 적다.

리그닌의 구조

페닐프로판을 골격으로 하는 구성 단위체가 결합하여 생긴 그물 모양 고분자

화합물. 정확한 구조는 아직 밝혀지지 않았다.

리그닌 내에는 여러가지 결합이 존재하는데 이중에서 가장 많이 포함되어 있는

결합은 β-O-4결합이다. 리그닌 내의 50~70퍼센트가 β-O-4결합이고 산업에

서 쓰이는 리그닌 분해 공정은 이 β-O-4결합을 분해하는데 초점이 맞춰있다.

메톡실기 (methoxyl group) :

CH3O-기로 표기한다.

리그닌의 가장 특징 있는 성분기의

하나로서, 방향핵에 직접 결합하므로

매우 안정적이다.

해결방안

[ 침엽수의일반적인리그닌분자구조 ] 리그닌 내 존재하는 결합

0%

25%

50%

75%

100%

셀룰로오스 리그닌 헤미 셀룰로오스+기타

[ 목재성분함량 ]

침엽수활엽수

S3 S2 S12차세포벽 1차세포벽

중간박막층

과산화효소

리그닌 펙틴

셀룰로오스 헤미셀룰로오스

Tip !

2-1 리그닌 개념정리

2-1 리그닌 개념정리

리그닌의 종류

리그닌은 수종마다, 또 추출법마다 구조나 특징이 전부 다르다. 따라서 주로

추출법에 따라 리그닌을 분류하는데, 그중 제일 많이 쓰이는, 대표적인

리그닌은 다음과 같다.

크라프트 리그닌(Kraft Lignin)

현재 펄프 산업에서 제일 많이 쓰는 리그닌 추출법이다. 황산 나트륨과 수산화

나트륨 수용액에 목재칩을 증해하여 처리하는 공정이다. 이 과정을 거치면 흑액

이 나오는데 주로 약품을 회수하고 건조시켜 연료로 사용한다. 크라프트 리그닌

은 황(Sulfur) 함량이 높은데도 불구하고 실제 회수된 크라프트 리그닌에는

–SH 결합에서 유래하는 황의 함량이 1~2%로 매우 낮은 특징이 있다.

설파이트 리그닌(Surfite Lignin)

아황산과 아황산염 혼합 수용액에 목재칩을 증해하여 리그닌을 추출하는 방법

이다. 크라프트 추출법 이전에 가장 많이 사용하던 추출법이다. 그러나 크라프

트 추출법에 비해 사용 수종에 제한이 있고, 약품회수가 어려워서 현재는 많이

쓰이지 않는다.

설파이트 펄핑 공정에서는 수용성인 당-리그닌 중합체들이 생성될 수 있는데

리그닌이 회수되는 형태는 주로 리그닌 설폰네이트(Lignosulfonate)로 리그닌

방향환의 설폰산(HSO3) 반응기가 Ca, Na와 같은 적절한 이온이 존재하는 환경

에서 수용성을 띄고 있다.

Tip. 펄프생산과정

1. 목재를 일정한

크기로 자른다.

2. 잘게 잘린 목재를

약품에 증해한다.

3. 증해과정에서 나온

리그닌을 분리하고

남은 섬유를 표백한다.

4. 원하는 크기로

제작한다.

해결방안

[크라프트 리그닌]

[설파이트 리그닌]

2-1 리그닌 개념 정리

리그닌의 구조적인 장점

리그닌은 방향족 화합물인 페닐 프로판 구조로 이루어져 있다. 그리고 이러한 특

징은 기존의 석유를 이용해 만들어지던 방향족 화합물 들을 대체할 수 있다. 이러

한 특성으로 플라스틱, 연구가 앞으로 더 진행됨에 따라 의약품 또한 리그닌으로

만들 수 있을 것으로 예상된다. 그리고 탄소함량이 높아서 탄소섬유 들을 만들 때

수율이 좋다.

리그닌의 가격적인 장점

현재 펄핑 산업으로 생산되어 폐기되거나 저가연료로 소비되던 리그닌은 국내

에서만 하루평균 1200t이고 전 세계적으로는 연간 60억 톤이 나오고 있다. 또

한 계속해서 성장하고 있는 목재 기반의 바이오 슈가, 바이오 에탄올 등에 있어

서도 리그닌의 생산, 처리에 관한 문제는 더 나올 것이다. 이러한 상황에 비추어

보면 현재 리그닌의 가격은 매우 낮을 것임을 알 수 있다. 또한 매번 가격이 변동

되는 석유에 비해 리그닌, 목질계 바이오매스는 그 가격이 훨씬 안정적이다.

리그닌의 윤리적인 장점

바이오매스 자체에 관한 연구는 과거부터 진행되어 왔다. 그 중 가장 먼저

주목을 받은 것은 1세대 바이오매스인 전분계 바이오매스이다. 사탕수수, 옥수

수로 대표되는 전분계 바이오매스는 초기엔 굉장한 주목을 받으면서 성장해 나

갔지만 식량자원이라는 한계 때문에 곡물 가격 상승을 야기한다는 윤리적인 단

점을 가지고 이제는 점차 외면 받는 실정이다. 현재는 바이오매스 전처리 기술

이 발전함에 따라 비식량자원인 목질계 바이오매스로 그 관심이 옮겨지고 있다.

방향족이란?

분자 속에

벤젠고리를

가진 유기화합물로서

벤젠의 유도체를 명칭 한다.

현재 방향족 탄화수소는

주로 석탄과 석유에서 추출한다.

현재, 가장 많은 양이 생산되는 펄프 산업에서 발생한 리그닌은 이와 같이 쓰이고 있다.

1. 목재칩을 증해한 후나온 리그닌을 분리

2. 주로 흑액 상태로나온다.

3. 흑액을 증발시켜건조된 상태의

리그닌으로 만든다.

4. 일부는 펄핑 공장을가동하는데 필요한 연료로

사용되고 나머지는 폐기된다.

해결방안

석유화학이 경쟁력 있는 것은

원유를 버리는 부분 없이

다 뽑아 쓰기 때문입니다.

그동안 목재 화학에서

버려져 왔던 리그닌을

활용할 수 있어야 합니다

-한국 화학 연구원 융합 화학

연구 본부, 제갈종건 본부장

“ ”

Tip. 현재 리그닌은 어떻게 쓰일까?

2-2 왜 리그닌인가?

2-2 왜 리그닌인가

국내탐방

01 / ORE

02 / 전북대학교 목재응용과학과

03 / 서울대학교 그린바이오과학기술연구원

해외탐방

04 / RECUP

05 / University of Warwick

06 / ALBIS

07 / KTH

08 / University of Birmingham

09 / Borregaard

10 / RISE

11 / ERDF

3

오르에서는 어떤 플라스틱을 사용해서 제품을 만드셨나요?

오르를 창업하던 당시에 손녀가 태어나면서 환경호르몬이 안 들어간 생분해성

PLA 제품에 관심을 갖고 위탁판매를 시작했어요. 그러다 욕심이 더 생겨서 직

접 제품을 만들어서 판매하게 되었습니다. 그런데 PLA 특허가 미국에 있고, 원

료 수입 부담이 생각보다 크더군요. 그래서 국산 잣송이로 리그닌 플라스틱을

한 번 만들어 봐야겠다는 생각을 하게 된 거예요.

플라스틱은 석유화학 플라스틱, 생분해성 플라스틱, 그리고 더 세부적으로 바

이오 플라스틱으로 나눌 수 있습니다. 저희는 그 중 바이오 플라스틱에 관심이

있었어요. 한국에서 최초로 PLA를 가지고 환경인증을 받은 곳이 우리 오르였죠.

참고로 우리나라에서는 바이오매스가 20퍼센트 이상 포함된 플라스틱을 바이

오 플라스틱으로 인증합니다.

리그닌 플라스틱을 개발해야 하는 이유가 무엇이라고 생각하시나요?

리그닌 플라스틱은 석유화학 플라스틱에 비해 생산이 굉장히 까다로워요. 성형

이 매끄럽지 않고, 하자율이 많죠. 그리고 금형 자체도 일반 금형에 비해서 2배

정도 비쌉니다. 그래서 단가가 올라갈 수밖에 없어요.

그래도 미래를 위해서는 생분해성 플라스틱이 개발되어야 합니다. 석유는 언젠

가 고갈될 것이고. PP나 PE와 같은 석유화학 플라스틱은 환경오염의 주범이니

까요. 썩지 않는다는 것, 환경 호르몬이 나온다는 것, 생산 과정 자체에서 이산

화탄소 발생량이 높은 것. 이 3가지 문제가 석유화학 플라스틱 사용을 멈춰야

할 이유입니다.

국내탐방

친환경 소재 전문 기업

ORE

지금은 사라진 중소기업의 사례를 통해

앞으로의 리그닌 연구 지원 방안을 모색한다.“ ”

3-1 ORE

김진철 대표님前 ORE 대표

리그닌 플라스틱 연구에서 가장 어려웠던 점은 무엇인가요?

우선 나무마다 리그닌 성질이 다 다르다는 거예요. 다른 나무의 리그닌을 분석할

때마다 다른 결과가 나왔습니다. 연구에 필요한 기본적인 데이터를 만들 수가 없

어요. 산업화가 어려운 거죠. 세계적으로 리그닌 연구가 기초 단계인 이유입니다.

이런 어려움에도 불구하고 결국 서울대와 리그닌 고분자화를 성공했어요. 그런

데 리그닌을 수입하는 과정에서 문제가 생겼어요. 현지에서는 몇 백 원 수준으로

저렴하지만 수입해오면 몇 만원이 되는 거예요. 결국 리그닌 플라스틱 공장을 운

영하는데 재정이 어려워서 폐업을 하게 되었습니다. 고가의 장비를 사용해야 하

고, 제작한 리그닌 플라스틱 가격도 시장과 안 맞았어요. 리그닌을 비싸게 수입하

는데 황산을 넣고 개질까지 하면, 비싸서 안 쓰는 PLA보다 비싼 소재가 되니까요.

국내 리그닌 바이오매스 산업이 활성화되려면 어떤 노력이 필요할까요?

아직 국내에서는 대기업보다는 중소기업들이 리그닌 바이오매스화 연구를 더

많이 하고 있습니다. 대부분이 중소기업과 대학교에서 진행되고 있죠. 하지만 중

소기업에서 새로운 기술에 대한 연구를 한다는 건 아주 힘든 일이에요. 우선 대기

업과 중소기업이 상생할 수 있는 구조가 탄탄해져야 된다고 생각합니다.

그리고 국가적인 정책을 바탕으로 앞으로 연구 지원이 늘어났으면 합니다. 작은

기업이 연구를 하려면 후원이 있어야 하는데 아직까진 어려운 상황이에요. 자금

없이 회사를 유지 한다는 게 어렵잖아요. 저희는 연구에만 집중하다 보니까 매출

이 떨어졌고, 더 이상 연구를 이어갈 수 없었습니다. 많이 안타깝죠.

3-1 ORE

Key Point

1. 기존 플라스틱은 환경오염의 주범이기 때문에 리그닌 플라스틱을 개발해야 한다.

2. 리그닌 연구 활성화를 위해서는 대기업의 적극적인 투자가 필요하다.

3. 중소기업이 연구를 하려면 정부의 연구 지원 정책이 마련되어야 한다.

국내 리그닌 연구의 문제점

1) 리그닌 특성에 대한 선행 연구 부족

2) 수입 리그닌의 가격 문제

3) 리그닌 개발 공장의 운영의 어려움

국내에서 리그닌 바이오매스화 연구는 왜 중요한가요?

펄프 공업의 부산물로 리그닌이 제일 많이 나오는 것은 사실이기 때문에 해외

에서는 ‘리그닌을 단순 연료가치 이상의 가치를 갖게 해주세요.’ 라는 의뢰를 해

옵니다. 성공한다면 1톤 당 10000원~20000원 정도의 고부가 가치가 되겠죠.

우리나라 목재는 대부분 산림에 있어서 리그닌을 얻기 어렵기 때문에 계속 가치

를 높여야 앞으로 국내 리그닌 연구가 활성화될 것입니다,

앞으로 바이오 에탄올, 바이오 슈가가 만들어지면서, 더 많은 리그닌이 폐기물

로 버려지게 됩니다. 단순 연료로 쓰더라도 감당하지 못할 양이기 때문에 바이

오매스로 전환해서 이용할 수 있는 방안이 반드시 마련되어야 합니다.

마지막으로 현재 목질계 바이오매스는 전 세계에서 가장 많이 이용할 수 있는

자원 중 하나입니다. 연간 13억 톤 정도가 목재로 생산되기 때문에 옥수수 생산

량과 비슷하고, 철강이나 시멘트 생산량의 2배입니다. 플라스틱 생산량과 비교

했을 때는 27배 정도로 풍부합니다.

펄프 수율이 환경오염에 영향을 끼치나요?

목재화학에서 주된 목표는 ‘어떻게 리그닌을 효율적으로 깨트려서 없애는가?’

에 전부 포커스가 맞추어져 있어요. 이상적으로는 펄프 공정에서 리그닌만 없애

면 된다는 생각이 들지만, 리그닌 구조를 깨트리다 보면 펄프에 필요한 헤미셀

룰로오스와 셀룰로오스까지 깨집니다. 결국 펄프 수율이 40%가 채 안되죠

A4용지 한 장의 종이를 만들 때 나무젓가락 2몰 정도 양의 목재를 가지고 만들

게 됩니다. 수율의 나머지 60퍼센트가 폐기물이 되기 때문에 종이를 무분별하

게 사용하게 되면 환경오염이 심각해질 수 밖에 없습니다.

국내탐방

전북대학교목재응용과학과

리그닌 바이오매스 연구의 중요성과

리그닌에 대한 전문적인 지식을 배우다.“ ”

3-2 전북대학교

문성필 교수님전북대학교목재응용과학과 교수

리그닌의 특징은 무엇인가요?

리그닌은 3차원으로 연결되어 있기 때문에 분해하기가 매우 어렵습니다. 전부

벤젠고리를 가지고 있다는 것도 공통점입니다. 지구에 존재하는 양은 많지만 추

출하기가 힘들고, 구조도 어렵고, 분자량도 엄청나게 크고, 또 분자량이 크다 보

니 용매에 잘 녹지 않습니다. -o-4 결합이 리그닌 구조의 40~50%를 차지합니

다. 그래서 이 -o-4 결합을 선택적으로 끊을 수 있는 방법에 대한 연구를 많이

합니다.

침엽수에 있는 리그닌과 활엽수에 있는 리그닌은 방향족 골격구조가 조금 다릅

니다. 침엽수는 방향족에 메타옥실기가 한 개 붙어있는 게 대부분이고, 활엽수는

1개와 2개짜리가 같이 붙어 있습니다. 화학점 하나가 적어서 활엽수는 비교적 용

이하게 리그닌을 제거할 수 있습니다. 결과적으로 펄프 수율이 높아져서 요즘은

펄프공장에서 활엽수를 원료로 많이 씁니다.

현재 어떤 리그닌이 사용되고 있나요?

현재 이용 가능한 리그닌에는 우선 리그노 설폰산염이 있습니다. 리그닌에 설폰

산기가 있기 때문에 계면활성제에 많이 쓰입니다. 그리고 고분자 전해질이기 때

문에 불순물을 가라앉힐 수 있습니다. 그래서 콘크리트에도 리그닌이 쓰이죠. 마

지막으로 바닐라향의 원료가 되는 바닐린 생산의 90%가 리그닌에서 만들어집

니다. 바닐린 공업은 리그닌이 화학적으로 성공한 유일한 예시입니다.

그리고 크라프트 펄핑에서 만들어진 크라프트 리그닌이 있습니다. 이 리그닌으

로는 구조를 깨뜨려도 화학적 변성이 많이 일어나서 바닐린을 만들 수 없습니다.

그래서 지금은 거의 공장에서 바로 태워서 연료로 사용합니다. 그러나 크라프트

리그닌은 싸게 구할 수 있기 때문에 좋은 연구 재료가 됩니다. 리그닌 설폰산염은

이미 제품들로 나와서 팔리고 있으니까 앞으로 크라프트 리그닌에 집중해야 할

것 같습니다.

국내탐방

3-2 전북대학교

△ 리그닌의 3차원 결합 구조

Key Point

1. 펄프 공정의 부산물인 리그닌의 처리는 앞으로 더 문제가 될 것이다.

2. 리그닌 추출법 연구로 펄프 산업과 리그닌 산업을 둘 다 잡을 수 있다.

3. 현재 제일 많이 생산되는 크라프트 리그닌에 초점을 두고 연구하자.

△ 목재 종류에 따른 리그닌 전구물질 양 비교표

전구물질

어떤 화합물을 합성하는 데

필요한 재료가 되는 물질

진행 중인 국내 리그닌 연구를 알아보고

해외 연구와의 차이점을 파악한다.

어떤 리그닌 관련 연구를 하고 계신가요?

현재는 리그닌 소재화에 집중하고 있습니다. 리그닌을 나노 사이즈로 만들어서

다양한 용도로 활용할 수 있게 하는 연구입니다. 나노 사이즈를 작게 만들려면

입자 형태에 대한 심도 깊은 분석이 필요합니다.

이 밖에도 리그닌에 관해 다양한 연구를 진행한 바 있습니다. 리그닌 같은 페놀

구조를 가진 물질들은 상업적으로 이용되는 경우가 많습니다. 리그닌의 복잡한

구조를 깨고, 저분자화 시켜서 분해된 단일 물질들을 활용하는 연구도 오랜 기

간 진행했습니다. 리그닌에 고열, 고압, 또는 촉매를 활용하면 단일 저분자 형태

를 만들 수 있습니다. 리그닌이 탄소 함량이 높은 물질이다 보니 탄소전지나 흡

착 활성탄으로 활용하기도 했습니다.

연구에 쓰이는 리그닌은 어떻게 얻으시나요?

리그닌은 펄프 공장에서 다량으로 나오는 펄프폐기물이지만, 이 크라프트 리그

닌은 연구하기에 조금 힘든 구조입니다. 그래서 연구하기 편한 구조의 리그닌을

목재에서 추출해서 다양한 리그닌을 이용하고 있습니다. 이렇게 추출한 리그닌

을 물리적으로 미세하게 갈게 되면 밀드우드 리그닌(이하 MWL, Milled Wood

Lignin)을 얻을 수 있습니다. MWL이 확보할 수 있는 리그닌 중에서는 목재에

있는 원형의 리그닌과 가장 비슷해서 가장 많이 사용합니다.

그러나 저희의 최종 목표는 크라프트 리그닌같이 펄프 공정의 부산물로 나오는

리그닌을 활용하는 것입니다.

국내탐방

서울대학교그린바이오 과학기술연구원

최준원 교수님

서울대학교국제농업기술대학원Biomass Biorefinery& Bioenergy 교수

3-3 서울대학교

“ ”

국내탐방

3-3 서울대학교

MWL과 크라프트 리그닌의 차이점은 무엇인가요?

크라프트 리그닌은 화학물질을 많이 첨가해서 리그닌 구조를 깨고, 다시 그 깨

진 구조에 황이 붙는 식으로 회수됩니다. 그래서 실제 리그닌과는 구조가 많이

달라 가공하기가 힘들어요.

MWL은 화학물질 첨가를 최소화하면서 분석용으로 확보한 것이기 때문에 수

율이 매우 낮아서 상업적으로 이용할 수 없습니다. 따라서 연구소에서 연구목적

으로만 사용하는 리그닌입니다. 목재 기준 수율이 4%도 안되게 나오거든요. 목

재의 리그닌 함유량이 30% 정도니까 매우 적게 나오는 거죠.

함부르크 대학교에서 리그닌을 전공하셨다고 들었습니다.

국내에서와 해외에서의 리그닌 연구 관심도가 많이 다른가요?

많이 다르죠. 우선 연구 지원 방식이 많이 다르기 때문입니다. 한국에서 여러

분이 나중에 대학원을 가게 된다면, 지도교수는 여러분들을 고용하기 위해 연구

비를 따내야 해요. 대학 내에서 여러분의 인건비를 대주거나, 학비를 대주는 경

우는 거의 없습니다. 그래서 교수가 프로젝트를 따오고, 연구비를 따와야 하는

데 독일 같은 경우는 국가에서 지원을 해줍니다. 그러다 보니 자유롭게, 기초과

학이 발달할 수 있는 거예요. 독일에서는 ‘어? 이게 뭐지?’ 라는 생각으로 연구

에 순수하게 접근할 수 있습니다.

아직 활성화는 안됐지만 국내 대기업에서도 이 리그닌의 중요성은 다 알고 있

어요. 그런데 아직은 경제적인 측면에서 떨어지니까 후 순위로 밀려난 것입니다.

원유가가 오르면 연구가 빠르게 진행될 것이라고 봅니다. 20년 정도 뒤에는 분

명히 기존의 플라스틱과 석유 제품들을 대체할거라고 생각해요.

Key Point

1. 리그닌의 높은 탄소 함유량은 탄소섬유 수율을 높일 수 있다

2. 리그닌 연구를 통해 고유가 시대를 대비해야 한다.

3. 정부의 기초과학 지원을 늘려 연구비 부담을 덜고, 학생들의 접근성을 늘리자.

△ Milled Wood Lignin 제작공정

RECUP

새로운 친환경 재사용 컵 시스템을 제공하는 독일의스타트업기업

일회용 컵 대신 복잡하지 않고 매력적인 대안을 제시한다.

커피 테이크아웃 서비스의 혁신과

카페에서의 일회용 컵을 사라지게 만드는 것을 비전으로 삼고 있다.

리그닌 바이오 플라스틱을 사용 중이라는 기사를 접했습니다.

현재 컵에 적용되고 있나요?

재사용 가능한 플라스틱 컵 개발 스타트업인 ‘RECUP’과 ‘Refill it!’은 최근 합병

을 통해 하나의 RECUP이 되었습니다. 기사에서 보신 대로 합병 전의 Refill it에

서는 바이오 플라스틱을 상용화하기 위해 리그닌을 활용한 플라스틱 컵 개발에

노력했습니다. 조금 더 친환경적인 방향이라고 생각했기 때문이죠.

합병 이후 RECUP에서도 바이오 플라스틱을 사용하고자 하는 진행됐으나 시제

품에서 많은 문제점이 발견되었습니다. 그래서 현재의 RECUP은 기존의 석유화

학 플라스틱의 질을 높여 재사용하는 방향으로 캠페인을 진행하고 있습니다.

RECUP의 목표는 무엇입니까?

비록 컵의 소재는 달라졌지만. 카페에서 버려지는 일회용 플라스틱 컵 문제를 해

결하기 위해 재사용 가능한 플라스틱 컵의 유통을 목표로 하는 것은 변함이 없습

니다. 지속적으로 많은 연구와 마케팅 개발이 진행되고 있습니다.

해외탐방

Fabian Eckert전무이사

Carlo Zottmann기술 및 개발 담당자

RECUP 사용 방법

RECUP 앱을 다운받아

가장 가까운 제휴매장을 찾는다.

1달러의 RECUP 보증금과 함께

매장에서 커피 주문을 한다.

일반 텀블러처럼

계속 가지고 다닐 수도 있고,

제휴매장에서 반납도 가능하다.

반납시에는 보증금을 돌려받는다.

“리그닌 바이오 플라스틱 상용화의 가능성을 엿보다.

1

3 4

2

3-4 RECUP

리그닌 바이오 플라스틱의 문제점은 무엇이었나요?

현 기술로는 장기간 재사용이 불가하다고 판단했습니다. 바이오 플라스틱은 기

존 플라스틱과 비교해 복잡한 공정이 필요하고, 가격도 높습니다. 아직까지 일

회용 플라스틱을 대체할만한 바이오 플라스틱 연구가 많이 선행되지 않은 이유

도 있습니다.

리그닌 플라스틱의 가장 큰 문제점은 열에 약하다는 점입니다. 실험을 했을 때,

초기 1~2회는 석유화학 플라스틱과 리그닌 플라스틱의 내열성에 차이가 없었

지만, 사용 횟수가 누적될 수록 두 플라스틱의 내열성은 많은 차이를 보였습니

다.

기능적 문제점이 개선된다면 가격이 조금 높아지더라도

소비자들이 리그닌 컵을 사용할 것이라 예상하십니까?

최근 사회는 플라스틱 사용을 지양하고 있습니다. 그리고 저희 캠페인은 환경

오염의 원인이 되는 폐플라스틱의 양을 줄일 수 있습니다. 환경을 위해 필요한

선택이라면 RECUP 소비자들은 리그닌 바이오 플라스틱을 사용할 것이라고 예

상합니다.

리그닌 플라스틱을 사용하는 매장에 금액적 지원을 해주거나, 소비자들에게 재

사용 플라스틱의 필요성을 강조하는 광고를 한다면 등 국가적 지원이 동반된다

면 리그닌 컵 상용화가 빠른 시일 내에 이루어질 것입니다.

해외탐방

Key Point

3-4 RECUP

개선해야할 점

리그닌 처리과정의 가격

리그닌 수율문제

리그닌 열 내구성 강화

11,000 ton

이산화탄소

3억 2천만 kWh

전기

43,000그루

나무

15억 L

물

3000 ton

원유

40,000 ton

폐기물

RECUP 사용시절약되는 연간 자원

1. 플라스틱 재사용에 대한 인식은 괜찮은 편이다.

2. 리그닌 플라스틱의 한계점을 발견하였다.

3. 추가적인 연구로 단점이 보완되면 리그닌 플라스틱은 시장에서

환영 받을 수 있을 것이다.

워릭대학교University of Warwick

영국 잉글랜드 버밍엄 근교 코번트리에 위치하고 있는 공립 종합대학교

짧은 역사에도 불구하고 매년 최상위권 랭킹에 오르는 명문 대학교

Tim Bugg 교수님은 생화학과 기계적효소학 분야를 연구하고 있다.

교수님께서 연구하시는 리그닌 박테리아 분해의 장점은 무엇인가요?

일단 이 방법은 리그닌 추출법이 아니라 추출되어 있는 리그닌을 분해하는 방

법입니다. 기타 화학약품 사용을 억제하고, 미생물로 분해하는 대사공학의 일종

이죠. 이러한 미생물 분해의 장점은 일단 친환경적이라는 것입니다.

예전에는 곰팡이를 이용한 분해 연구를 진행했어요. 그러나 현재는 좀더 장점

이 많은 박테리아를 이용한 리그닌 분해 연구를 하고 있습니다. 박테리아는 유

전자조작이보다간편해서 리그닌을 1~2가지 특정한결과물로 유도할 수 있어

요. 원래 리그닌은 여러 가지 물질이 결합되어 있어 분해를 하면 생성되는 물질

의 종류가 많습니다. 이건 상업적으로 큰 단점이에요. 그렇지만 박테리아를 통

해서 분해를 하면 특정한 경로를 따라서 원하는 결과를 만들 수 있습니다. 수율

이 좋아지는 거죠.

리그닌으로 만든 것들 중에 상업화에 성공한 것이 있나요?

이미 리그닌이 사용되고 있는 분야도 있습니다. 시멘트와 계면활성제에 일부

첨가되어 사용되고 있죠. 그리고 현재 리그닌으로 만든 물질 중에 가장 유용한

것은 바로 바닐린입니다. 리그닌 분해를 특정 경로로 유도하면 바닐린이 생성됩

니다. 식품업이나 기타 다른 산업에서도 아주 유용하게 쓰이고 있어요.

해외탐방

Tim BuggProfessor of Biological Chemistry

대사공학(Metabolic Engineering)?

대사물질의 생산경로 조작을 통해 목적

대사물질의 생산을 최적화 하는 기술

1) 생산경로 유전자 과발현,

2) 경쟁경로 유전자 제거

3) 외래 유전자 도입을 통해

미생물 고유의 대사 경로를 변형

→ 원하는 산물의 생산을 극대화

“박테리아를 사용한 새로운 리그닌 분해법을 배우다.

3-5 워릭대학교

△ 바닐린 구조

해외탐방

리그닌은 추출법에 따라 특성이 변한다고 배웠습니다.

앞으로 어떤 리그닌을 바이오매스로 사용하면 좋을까요?

다양한 리그닌 중 어떤 리그닌이 좋다고 말하기는 어렵습니다. 리그닌마다 제각기 다른 장점과

단점을 가지고 있기 때문입니다. 크라프트 리그닌과 리그노 설폰산염은 펄프 폐기물이라 가격

이 싸고, 물에 잘 녹는다는 장점이 있어요. 하지만 추출 과정에서 변형이 너무 심해 사용하기가

힘들죠. 아직 연구가 더 필요합니다. 반면, 유기용매 리그닌 같은 경우엔 앞의 두 가지 리그닌에

비해서는 변형이 적습니다. 하지만 물에 안 녹고, 가격이 더 높다는 것이 단점이에요.

타 기업 또는 기관과 연구를 같이 진행하신 적이 있나요?

Biobiome Plastic과는 플라스틱을 만드는데 적합한 리그닌 분해물 연구를 진행했어요. 또한

Borregaard에서는 자사의 리그노 설포산염 특징에 대한 분석을 의뢰했습니다. 이 밖에도 많은

나라의 기관들이 자국의 주요 생산 식물의 리그닌을 샘플로 보내옵니다. 식물마다 다른 리그닌

의 특성을 알기 위해서요.

리그닌을 좀 더 효율적으로 사용하기 위해 어떤 연구가 선행되어야 할까요?

우선 리그닌 추출에 대한 연구가 더 진행되어야 하겠죠. β-O-4 결합의 함량이 더욱 많아져야

합니다. 물론 지금도 리그닌의 많은 부분은 β-O-4 결합으로 연결되어 있지만, 그 함량이 더 높

아지면 다른 종류의 결합을 고려할 필요가 없어서 리그닌 분해가 더 쉬워집니다.

Key Point

3-5 워릭대학교

1. 리그닌 곰팡이 분해보다 한단계 발전한 박테리아 분해

2. 박테리아를 활용하면 원하는 결과 물질의 수율을 높일 수 있다.

3. 리그닌 분해를 쉽게 하려면 리그닌 β-O-4 결합 비중을 더 늘리면 된다.

ALBIS함부르크 본사

Innovative, enduring, cooperative를 철학으로,

열가소성 플라스틱 유통 및 합성 분야를 선도하는 기업

고품질 플라스틱 공급 외에도 제품의 활용 및 응용에 대한 컨설팅을 제공한다.

전 세계에 23개의 자회사와 8개의 제조공장을 보유한 글로벌 기업

해외탐방

플라스틱 기업을 대표하는 ALBIS의 목표는 무엇인가요?

우리는 플라스틱 제조에서부터 가공까지 모든 공정을 다루기 때문에 신뢰성과

기술 전문성에 대해 높이 평가받고 있습니다. 그리고 새로운 시장 개발에 대해

서 예리한 시선으로 바라볼 수 있습니다.

고객이 우리를 먼저 쉽게 찾을 수 있도록 지속적으로 포트폴리오를 업데이트하

고 있습니다. 글로벌 제조 업체이기에 기존의 고품질 플라스틱 외에도 단일 특

정 회사, 특정 제품의 니즈에 맞는 맞춤형 자체 개발 특수 화합물을 제공합니다.

우리의 목표는 최고 품질의 합성물을 완벽하게 공급하는 것이며, 고객과 긴밀

하게 협력하여 이상적인 솔루션을 완성하는 것입니다. 수많은 지사가 비즈니스

의 기초가 됩니다. 우리는 고객과 함께 성장하고, 세계로 비즈니스를 확장할 것

입니다.

ALBIS가 말하는 플라스틱 제작 고객 컨설팅은 어떤 건가요?

고객과 가까운 컨설팅을 제공합니다. 구조 및 디자인 측면에서 최적화하는 데

도움을 줄 수 있습니다. 당사의 기술자는 포괄적인 분석을 통해 구성 요소를 조

정할 수 유용한 아이디어를 제공합니다. 우리의 전문가들은 생산 공정을 최적화

하기 위해 항상 노력합니다.

우리의 포트폴리오에 고객이 원하는 최적의 솔루션이 포함되어 있지 않다면 새

로운 솔루션을 개발합니다. 고객과의 긴밀한 대화를 통해 원하는 사양에 완벽하

게 맞는 맞춤형 제품을 개발합니다. 최종적으로 맞춤형 제품을 산업적 대규모로

생산할 수 있게 특별한 주의를 기울입니다. 이 과정을 통해 독보적인 제품을 혁

신적으로 사용할 수 있습니다.

Dirk SchaeferDirector Advanced Products Executive

3-6 ALBIS

“리그닌 플라스틱 제품의 성공 요인을 배우다.

화합물 제조 과정에서 가장 중요한 것은 무엇인가요??

품질이 최우선 순위입니다. ‘결과로 얻은 화합물이 필요한 특성을 갖추고 있습니까?’,

‘제조법이 맞습니까?’ ‘허용 오차 값을 준수합니까’와 같은 고객의 모든 질문에 대한

답변을 할 수 있어야 합니다. 광범위한 검사 기술을 통해 완제품의 품질을 항상 모니

터하고, 동일하게 높은 기준을 유지하는 다양한 제품을 개발할 수 있습니다.

리그닌을 활용한 소재를 제조하는 TECNARO와 함께

어떤 바이오 소재 개발에 성공했나요?

TECNARO는 1998년 Fraunhofer 화학기술연구소 (IKT)의 분사로 설립되었습니

다. 환경소재 개발 분야에서 20년 이상의 경험을 보유한 TECNARO는 이 분야에서

유럽의 선두 주자입니다. ALBIS는 2009년부터 성공적인 파트너십을 구축하고 있습

니다.

TECNARO는 리그닌을 기반으로 지속 가능한 원료를 개발, 가공 및 판매합니다. 대

표적인 생산하는 제품은 ARBOFORM® , ARBOFILL® 및 ARBOBLEND®입니다.

Key Point

1. 기반이 튼튼한 대기업과 기술이 있는 중소기업과의 파트너쉽을 통한 win-win

2. 항상 일정한 품질을 유지하고, 기준을 엄격하게 적용한다면 고객들의 신뢰를 쌓을 수 있다.

3-6 ALBIS

해외탐방

△ ARBOFORM으로 만든 자전거,스피커,시계

△ TECNARO 인증마크

스웨덴 왕립공과대학교Kungliga Tekniska Högskolan

스웨덴 스톡홀름에 위치한 왕립 공과대학교

KTH는 연구중심대학으로

기후변화, 미래에너지공급, 고령화 등

인류의 가장 큰 과제에 대한 지속 가능한 해결책을 찾고 있다.

해외탐방

Göran Lindbergh

Kevin PeuvotPh.D student

리그닌 탄소섬유는 어떤 측면에서 경쟁력이 있을까요?

탄소섬유 복합재료는 고강도, 고탄성, 그리고 가볍다는 이점이 있습니다. 이러

한 특징을 살려서 실제로도 우주왕복선의 기체 표면의 재료나 연료전지 등 많은

분야에 응용됩니다.

그러나 아직은 높은 가격으로 인해 제한적으로 사용되고 있습니다. 따라서 현

재 탄소섬유는 주로 성능이 가격에 비해 보다 중요한 분야에 쓰이고 있습니다.

리그닌 탄소섬유는 이러한 탄소섬유의 가격 경쟁력을 높일 수 있습니다. 나아가

서 일반적인 자동차나 다른 벌크 제품에도 사용할 수 있을 것입니다. 가벼운 자

동차는 연료가 적게 사용되기 때문에 전기 자동차 발전에도 효과적일 것입니다.

현재 리그닌 탄소섬유를 어떤 방식으로 연구에 사용하고 계시나요?

자동차, 샌드위치 패널 등 여러 탄소섬유가 필요한 분야에 리그닌 탄소섬유를

적용하는 연구를 진행했습니다. 그중 저희 연구실에서는 리그닌 탄소섬유를 배

터리에 적용하는 방안에 조금 더 집중을 하고 있습니다.

배터리는 사이클을 여러 번 돌렸을 때도 효율이 좋아야 합니다. 그러나 기존의

배터리에 들어가는 그라파이트(graphite) 층은 규칙적인 배열이기 때문에 ‘여

러 번 사이클을 돌리게 되면 배터리의 수명이 단축된다.’ 는 피할 수 없는 문제에

직면하게 됩니다. 결정구조적으로 살펴보면, 리그닌 기반 탄소 섬유는 무작위로

배열되어 있는 비정질에 가까운 구조입니다. 이러한 특징이 기존의 탄소섬유와

의 차별화라고 생각합니다.

탄소섬유 (Carbon Fiber)

유기섬유를 비활성 기체 속에서 가열, 탄화

하여 만든 섬유. 내열성, 내충격성이 뛰어나

며 화학약품에 강하다. 알루미늄보다 가볍고,

철보다 탄성과 강도가 뛰어나다.

샌드위치 패널 (Sandwich Panel)

다른 종류의 재료를 샌드위치 모양으로 쌓아

올려 접착한 특수 합판. 주로 표면판으로는

강도가 큰 재료를 사용한다.

△ 연구실에서 직접 제작한 리그닌 탄소섬유

3-7 KTH

“리그닌 탄소섬유로 배터리를 만드는 과정을 직접 관찰하다.

Professor of Chemical Engineering

해외탐방

리튬 이온 배터리보다

친환경적인 나트륨 이온 배터리의 전망은 어떠한가요?

아직 성능 면에서 리튬을 뛰어넘는 재료가 없습니다. 그리고 나트륨 이온 배터리

연구는 시작단계라 부족한 점이 많습니다.

하지만 기존의 리튬 이온 배터리는 리튬이 배터리 가격의 ¼이나 차지하기 때문에

나트륨 이온 배터리 시장의 전망은 밝다고 생각합니다. 가격 측면에서 유리한 면

이 있습니다. 그리고 리튬 배터리보다 소금을 사용하는 나트륨 배터리가 아무래도

환경친화적입니다. 또한, 나트륨 배터리가 주목 받고 있는 이유는 리튬 이온과 비

슷한 화학적 성질을 가지고 있으면서도 해수에 다량으로 녹아 있어 지구상의 어느

곳에서나 생산할 수 있다는 큰 장점이 있기 때문입니다.

따라서 우리는 최종적으로 리그닌 탄소섬유를 나트륨 배터리에 접목할 수 있도록

연구를 이어갈 것입니다.

3-7 KTH

현재 리튬 이온 배터리는 음극재로 그래파이트 적층 구조를 사용하고 있다. 충전

되면 양극의 리튬 이온이 흑연 층으로 들어가고, 방전 되면 흑연 층 속의 리튬

이온이 양극으로 다시 빠져나가 음극재의 체적 증가는 피할 수 없다. 그러나 Hard

Carbon인 리그닌 탄소섬유를 이용할 경우 이러한 체적 문제를 감소시킬 수 있다.

Soft Carbon

Hard Carbon 리그닌 탄소섬유

5% 체적 증가

PAN 탄소섬유

10% 체적 증가

Key Point

1. 리그닌 탄소섬유는 가격 경쟁력이 있다.

2. 리그닌 탄소섬유를 음극재로 사용하면 상용되는 리튬 배터리의 체적 증가

문제를 개선할 수 있고, 차세대 나트륨 배터리에도 적용할 수 있다.

버밍엄대학교University of Birmingham

버밍엄 의과대학과 메이슨 과학대학이 통합된

영국 버밍엄을 대표하는 공립 종합대학교

붉은 벽돌 대학으로 유명한 버밍엄 대학교는 많은 과학적 발전에 기여하며,

다수의 노벨상 수상자를 배출해냈다.

해외탐방

Andreas HornungProfessor of Bioenergy

바이오 배터리란 어떤 개념인가요?

바이오배터리(Biobattery)는 단순히 기술적인 것만 말하는 게 아닙니다. 에

너지를 변환하고, 저장하고, 공급하는 것까지 말하죠. 예를 들어, 바이오 가

스 플랜트 요소, 축열 시스템, 열분해 시스템 및 발전용 모터와 같은 여러가

지 기술이 포함됩니다. 우리 연구실은 다양한 기술을 한가지 공정으로 효율

적으로 통합했습니다. TCR (Thermo Catalytic Reforming, TCR®) 공정으

로 바이오매스를 오일, 가스 및 숯으로 변환할 수 있습니다. 우리는 주로 이

TCR을 이용한 연구를 하고 있죠.

리그닌 바이오 연료는 다른 바이오 연료와 비교했을 때 효율적인가요?

TCR은 거의 50가지의 바이오매스를 활용할 수 있는 기술입니다. 이 기술을

활용하면 바이오 디젤을 만들 수 있어요. 오일의 40%를 가솔린과 디젤로 변

환할 수 있기 때문에 연구가치가 충분합니다.

그 중에서도 리그닌 바이오 연료는 TCR 과정을 거치면 가스나 오일이 더 많

이 생산되기 때문에 다른 바이오매스에 비해 효율이 좋은 편입니다.

3-8 버밍엄대학교

기술소개 : TCR (Thermo Catalytic Reforming TCR®) 공정

TCR® 기술은 굉장히 광범위한 폐기물과 잔여 바이오 매스를 처리하도록 설계된 친환경 기술입니다.단계적으로 공정을 거쳐 TCR은 바이오 매스를 고품질의 합성 가스,바이오 오일,바이오 숯 및 물로 전환합니다.

습식 바이오매스는 열

건조 기술을 통해 70-

90%의 정도로 건조된다.

TCR 기술은 60-70%의

수분 함량으로 바이오

매스의 열 건조에 충분한

열을 공급한다.

2. 촉매 열분해

1. 열 건조 3. 촉매 개질

4. 제품 처리

5. 숯 가스화첫번째 TCR 반응기에서

400-500° C 정도의 중간

온 도 로 바 이오 매 스를

탄화 시키고 휘발성 유기

화 합 물 을 추 출 한 다 .

촉매를 사용하는 공정으로

타르 생산을 최소화 할 수

있다.

반 응 기 에 서 Biochar 는 더

가열되어 휘발성 화합물과

접촉 후 촉매작용으로 유기

화합물은 고품질 연료 가스와

오일로 분해된다. 물과 수증기

개질은 합성가스의 수율을

증가시킨다.

Biochar 는 잔 류 하 는

유 기 독 소 를 청 소 하 며

원료물질의 회분 함유량에

따라 미네 랄 함량 이 있는

무 연 탄 품 질 의 석 탄 을

생산한다.

생성된 숯은 선택적 숯

가스화 모듈을 통해 저

에너지 가스로 연소를

위해 전환된다.

액 체 화 합 물 을

응축하고 합성 가스를

간단한 처리단계에서

입자 및 에어로졸에

대해 세척한다. 복잡한

고 온 가 스 여 과

시스템은 제품 가스에

타르가 없기 때문에

필요하지 않다.

Lais Galileu SperanzaResearch Fellow

“진정한 바이오 연료는 제조에서 사용까지 환경친화적이다.

해외탐방

바이오 연료의 가치는 무엇인가요

두 달 전에 TCR공정을 통해 생산된 바이오 연료를 실제 차량에 주유하는 실험

이 진행되었습니다. 결과는 예상보다 훨씬 성공적이었습니다.

어느 정도의 유해물질이 나올 것이라 예상을 했는데, 일체의 공해물질이 생성

되지 않았습니다. 또한 바이오 연료를 사용하게 되면 엔진에 무리가 갈 수 있다

는 예상을 했으나, 엔진에는 아무런 문제가 생기지 않았습니다. 저희는 이 점을

굉장히 높게 평가하고 있습니다.

리그닌 바이오 연료는 앞으로 추가적인 연구가 필요하겠지만, 현재 진행되고

있는 여러 연구와 논문들을 토대로 지속적인 관심을 가진다면 그 어떤 연료보다

뛰어난 성능을 나타낼 것이라 예상합니다.

이런 대규모의 연구가 가능한 이유는 무엇이라 생각하시나요.

우리 연구실은 화학공학부 소속입니다. 화학공학의 내용만으로는 바이오매스.

바이오 배터리의 연구를 포괄하기엔 한계가 있어요. 이런 대학 연구실의 한계점

을 보완할 수 있는 시스템이 에너지 케피탈 센터(Energy Capital Center)라 생

각합니다. 우리 연구실은 버밍엄대학교에 속한 동시에, 다양한 연구소와 협업하

는 에너지 케피탈 센터에도 속해 있습니다. 그래서 대규모의 연구도 가능하다

생각합니다. 바이오 에너지 연구에는 필수적인 조건이 아닐까 싶어요.

현재 에너지와 관련된 수많은 연구실이 협업하고 있어요. 예를 들면, 수소연료

전지(Hydrogen fuel cell)을 연구하는 팀, 우리 TCR팀, 에너지를 저장(energy

storage)하는 연구를 하는 팀 등이 있죠.

3-8 버밍엄대학교

Key Point

1. TCR공정을 통하여 바이오매스를 연료화 할 수 있다.

2. 리그닌 바이오매스는 다른 바이오매스보다 효율이 좋은 편이다.

3. 바이오 에너지 연구는 대규모로 진행된다.

4. 산업체-학교-연구단지의 협력 시스템에 집중하자.

보레가드Borregaard

전세계에서 리그닌 기반 연구가 가장 활발히 이루어지고 있는 연구 단지

노르웨이 사릅스보르그에 위치하고 있다.

Borregaard LignoTech를 따로 분리해

리그닌 결합제 및 분산제의 세계적인 공급 업체가 되었다.

해외탐방

3-9 Borregaard

Borregaard의 리그닌은 어떤 업체에 판매되고 있나요?

Borregaard의 리그닌은 우수한 환경친화적 품질과 높은 성능을 갖추고 있습

니다. 우리의 리그닌은 콘크리트, 섬유 염료, 살충제, 배터리, 세라믹, 동물 사료

및 연탄의 결합제, 그리고 분산제 업체에 판매됩니다.

Borregaard LignoTech가

세계적인 글로벌 기업이 될 수 있었던 강점은 무엇입니까?

Borregaard LignoTech는 1967년 설립 이래로 리그닌계 제품을 공급하는

세계적인 글로벌 기업으로 성장했습니다. 전 세계에 공장을 구축했고, 약 80 개

국에 수출하고 있습니다.

현재 Borregaard LignoTech에서는 남아프리카, 동유럽 및 남미 지역의 투자

및 장기 계약을 통해 리그닌을 전 세계적으로 제공할 수 있는 능력을 확보했습

니다. 최종적으로 원료, 물류 및 제품 혼합에 대한 접근성과 유연성이라는 강점

을 가지게 되었습니다.

기존의 친숙한 기술을 기반으로 제품의 공정 효율성을 높이고 있습니다. 보다

우수한 배합을 통해 성능 개선, 비용 절감, 환경적으로 긍정적인 이익 창출을 목

표로 합니다.

GuroChief Technology Officer

“세계 최대 규모의 리그닌 연구 단지를 견학하다.

RISEResearch Institute of Sweden

스웨덴 Innventia의 연구소로

활발한 바이오 에너지 연구를 하고 있다.

바이오 에너지, 바이오 패키징, 바이오 탄소섬유 등의 친환경 사업을 주도한다.

해외탐방

LignoCity 프로젝트란 무엇인가요?

LignoCity는 새로운 리그닌 바이오 기술을 위한 새로운 센터가 될 것입니다.

RISE, Nordic Paper, 그리고 Paper Province는 미래를 위해 산림 자원을 기

반으로 한 경제 개발 협력을 시작했습니다. 우리는 LignoCity 오픈 테스트베드

를 구축했습니다. LignoCity에서는 리그닌을 새로운 바이오 연료, 화학 물질 및

재료로 정제하는 기술을 개발하고 확장할 수 있습니다.

LignoCity 프로젝트의 목표가 궁금합니다.

세계는 바이오 경제로 나아가고 있습니다. 리그닌은 점점 더 큰 잠재력을 지닌

원료로 인식되고 있습니다. 리그닌은 화학 물질과 경량 물질일 뿐만 아니라 연

료와 에너지를 생산하는 녹색 대안입니다. 프로세스를 개발하고 다양한 응용 분

야에 대해 리그닌 품질을 높이려는 노력이 계속되고 있습니다.

RISE, Nordic Paper, Paper Province의 광범위한 협력 덕분에 이러한 목표

를 실현할 수 있었습니다. LignoCity의 목표는 리그닌에 대한 새로운 아이디어

를 모으고, 상업적 개발 기회를 확인하고, 지원하는 센터를 만드는 것입니다.

LignoCity를 통해 비즈니스 모델, 기술 개발 및 연구, 개발 및 혁신을 위한 인프

라를 통합하고 있습니다. 장기적으로 우리는 흑액에서 다른 성분을 추출하고 다

른 방식으로 처리 할 수 있도록 노력할 것입니다.

Per Tomani

Research, Development, Demonstration & Business Development Biorefining & Energy

3-10 RISE

LignoCity 연구분야

Key Point

1. 산업체와 연구기관이 협력해서 앞으로 다가올 바이오 경제를 준비하자.

2. 리그닌은 다가올 바이오 경제에 매우 유용한 물질이다.

“LignoCity를 통해 국내 바이오밸리를 상상하다.

유럽지역발전기금European Regional Development Fund

발전이 필요하거나 심각한 구조적 어려움을 겪고 있는 지역을 지원하기 위해

EU 차원에서 조성되어진 기금

ERDF는 사회적인 지원뿐만 아니라

과학적 발전을 통해 미래에 투자하는 사업도 진행하고 있다.

친환경 기업, 또는 연구를 후원, 투자하는 펀드는 어떤 것인가요?

어떤 특정한 펀드만 친환경 기업이나 연구를 후원한다고는 말하기 어

렵습니다. 그 이유는 요즘 친환경은 모든 분야에 있어서 중요한 화두

이기 때문이죠. 하지만 주로 ERDF에서 친환경에 관한 것을 주요 아젠

다로 보고 투자를 결정할 때 그 분야를 중점적으로 봅니다. CO2절감,

기존 연료에 대한 연비 증가, 대체 에너지 개발, 지속가능하고 재생가

능한 자원의 개발 등에 투자하고 있습니다.

투자 후 프로젝트가 실패했을 시엔 투자했던 자금을 회수하나요?

일단 기본적으로 저희 유러피안 펀드에서는 프로젝트가 실패하지 않

도록 많은 전문가들이 항상 모니터링을 하고 있습니다. 때로는 가이드

라인을 제시하기도 하지요. 하지만 프로젝트나 기업이 저희가 정한 기

준 또는 규칙을 안 지킬 경우에는 자금을 다시 회수하기도 합니다.

해외탐방

Francesca ManchiPolitical Officer

3-11 ERDF

“유럽 연합 펀드에서 통한 연구 투자 유치에 대해 배우다.

실제 투자는 어떤 식으로 이루어지나요?

EU가입국과 비가입국으로 나누어서 투자가 진행됩니다. 가입국 같은

경우에는 ERDF 단독으로 투자될 수 있지만 비가입국 같은 경우에는 해

당 정부의 투자가 있을 시에만 투자를 합니다. 대표적인 예로는 노르웨

이가 있죠.

현재 영국에서 투자하고 있는 건 ‘City of London’이라는 친환경 프로

젝트입니다. 1억 7000유로의 이 사업의 85퍼센트를 ERDF에서 투자

하였습니다. 다양한 연구와 기업들을 후원하여 2025년까지 Co2배출

량을 60퍼센트 이상 줄이고 다른 다양한 폐기물을 줄이는 것이 주된 목

표입니다.

해외탐방

3-11 ERDF

Key Point

1. 친환경 연구 프로젝트를 만들고, 이를 투자해야 한다.

2. 전문인력의 보조를 통해 투자한 기업이 성장할 수 있다.

3. 우리나라도 EU처럼 다른 아시안 국가들과 협력하자.

“유럽 연합 펀드를 통한 연구 투자 유치에 대해 배우다.

△ 유럽 내의 다양한 펀드

01 / 리그닌바이오매스화의경쟁력

02 / 리그닌제품의미래가치

03 / Liginin Vision2050+을제안하다.

04 / BM Valley Platform을제안하다.

4

리그닌의 바이오매스로서 가치는 무궁무진하다. 또한 기존의 전분계 바이오매스와 비교해서도 이의 한계점을 보완

할 수 있으며 목질계 바이오매스에 새로운 가치를 발견하게 되는 계기일 것이다. 리그닌 바이오매스는 여러 방면으로

뛰어난 가능성을 보여준다. 유한한 자원인 석유의 고갈을 대비할 수 있는 친환경적인 자원이 될 것이며, 기술 개발이

절대적으로 필요한 분야이다. 또한 펄프 공정과, 바이오 에탄올 공정의 부산물로 나오는 리그닌은 원료 공급이나 제조

원가에 있어서 엄청난 경쟁력을 자랑하게 된다.

지금까지 리그닌의 가치는 주로 공정에 필요한 열에너지를 공급하는 단순 연료로만 평가되어 왔다. 하지만 리그닌의

바이오매스로서의 연구가 진행됨에 따라 리그닌을 페놀수지, 에폭시수지, 접착제 등 화학약품 및 탄소섬유 그리고 바

이오 연료의 활용까지 가능성이 무궁무진한 분야이며 앞으로도 지속적인 연구가 절실히 필요한 분야이다.

기술개발가능성

원료공급지속성

제조원가환경성개선효과

부산물활용도

전분계바이오매스

리그닌바이오매스

적음

무궁무진함

어려움

용이함

높음

낮음

미비함

우수함

낮음

우수함

단적인 예로 전분계바이오매스는 현재 미국 내 옥수수 생산량의 15%나 이용하고 있다. 그래서 식량자원과의 경쟁

문제로 지속적인 원료 공급에 어려움을 겪고 있다. 또한 미국에서 생산되는 모든 옥수수를 사용할 시에도 휘발유의

20%정도만 대체 가능하다. 가솔린과 비교해도 환경성 개선 효과가 미비하다.

하지만리그닌바이오매스는 펄프 공정의 부산물로 폐기물로서 버려지고 있는 것이 현실이다. 부산물로의 높은 활용

성은 물론 크라프트 리그닌의 연료화 연구가 더 활발히 이루어진다면 원료 공급의 문제, 단가의 문제, 환경 문제의 개

선효과까지 기대해볼 만하다.

4-1 리그닌 바이오매스화의 경쟁력

탐방결론

• 리그닌은 지구 상에 풍부하게 존재한다.

• 다양한 리그닌을 목적에 맞게 활용할 수 있다.

• 리그닌 플라스틱은 생분해성이다.

• 리그닌 탄소섬유는 가격 경쟁력이 있다.

• 리그닌 바이오연료는 부산물이 적다.

• 펄프폐기물의 양은 점차 증가하고 있다.

• 플라스틱 사용 금지 정책으로 인한 불만이 많다.

• 생분해성 플라스틱에 대한 관심이 높아진 추세다.

• 탄소섬유를 활용한 제품이 빠르게 개발되고 있다.

• 세계에서 관심을 가지고 있는 고부가 가치 산업이다.

• 리그닌 선행 연구 자료가 부족하다.

• 리그닌 플라스틱은 상품화하기에 비싸다.

• 바이오 연료는 효율성이 떨어진다.

• 리그닌 분해 과정이 어렵다.

• 리그닌 연구는 돈이 많이 든다.

• 리그닌 연구 인력과 시설이 부족하다.

• 국내에서는 리그닌을 수입에 의존한다.

• 펄프폐기물과 환경오염에 대한 인식이 부족하다.

• 새로운 연구에 대한 투자가 적극적이지 않다.

• 현실적으로 유가가 오를 때까지 관심을 받기 어렵다.

Strength

Opportunity Threat

Weakness

4-1 리그닌 바이오매스화의 경쟁력

순수하게 리그닌으로만 구성된 생분해성 플라스틱을 양산하는 것은 현실적으로 무리가 있다. 우리가 집중하였던

펄프 폐기물로, 단순히 연료로만 사용되던 크라프트 리그닌(Kraft Lignin)을 활용하는 방안에 대해 워릭 대학교 팀

버그 교수님께서 좋은 조언을 주셨다. 크라프트 리그닌은 펄프 공정에 사용하기 위해 약품처리를 하게 되었고, 변

형이 많이 되어버린 탓에 지금 당장 사용하기에는 어려움이 있고 MWL(Mill Wood Lignin)과 같이 본연의 성질을

잘 나타내는 리그닌을 이용한 연구가 선행될 필요가 있다고 알려주셨다. 교수님께서는 덧붙여서 추출에 대한 연구

가 더 진행되어야 한다고 말씀하셨다. 아래 그림과 같이 대표적으로 리그닌 추출 과정을 나타낼 수 있는데, 추출 과

정에 따라서도 리그닌의 종류가 달라지기 때문에 주목 할 만한 분야임에 틀림없다.

MWL(Mill Wood Lignin)

NaOH 용액 녹임 고농도 염산pH조절

흑액(Kraft lignin)

리그닌 침전과 여과

증류수로 세척, 분리

△리그닌 추출 과정

단백질을 구성하는

아미노산의 개수는

20종이나 된다.

사실은 리그닌보다

더 복잡한 구조를 가진

단백질이지만,

생명과학 분야의 연구가

활발함에 따라

지금은 누구나 쉽게

접할 수 있는 정보로

남게 되었다.

이러한 이유로

리그닌의 전망도

굉장히 밝을 것으로 예상된다.

“ ”

△리그닌 플라스틱 제작

리 그 닌 천연섬유

복합 소재 생산 후 합성 열가소성 수지와

동일한 방식으로 고온에서 가공

*기존의 플라스틱 가공 기계에 사용될 수 있다는 장점

화장품용기 (리그닌 ECO 플라스틱)

리그닌의 고유한 성질 중 하나는 자외선을 차단하는 것이다. 화장품 용기

를 디자인 할 때도 환경을 생각하며, 자외선에 의해 내용물의 변질 위험

도 없애고 피부의 건강까지 책임진다.

유아용품 (식기류및장난감등)

영유아에게 환경 호르몬 노출은 치명적이다. 유아를 타겟으로 하는 기업

들은 이미 환경호르몬 Free를 앞세워 품질개발에 힘쓰고 있다. 리그닌

플라스틱은 제작부터 소각까지 자연을 생각하는 제품이 될 것이다.

일회용플라스틱

인터뷰를 진행했던 RECUP에서는 컵을 여러 번 재사용 하기 때문에 효

율성을 고려하여 석유화학 플라스틱을 이용하게 되었다 했다. 하지만 리

그닌 플라스틱을 500번 이상 사용할 경우에 강도가 약해지는 문제가 있

기에 일회용 플라스틱으로 적합하며, 일회용 플라스틱으로의 활용이 최

종적인 목표가 될 것이다. 마지막으로 가격의 문제가 우려되지만, 세계

적으로 가장 풍부한 바이오 폴리머인 리그닌 공급을 해외 공장에서 담당

하게 된다면 단가 절감의 솔루션이 될 것이다.

리그닌 플라스틱으로서 가치

리그닌 플라스틱, 앞으로 어떻게 활용될 것인가?

4-2 리그닌 제품의 미래 가치

탐방결론

4-2 리그닌 제품의 미래 가치

리그닌 탄소섬유의 가치

<RISE에서 발표한 2011년 탄소섬유 사용량과 2020년 예상 사용량에 관한 도표. >

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

35000

40000

45000

탄소섬유 사용량

2011년 2020년

탄소섬유는 매우 강한 기계적 강도, 가벼움,

고탄성이며 내열성 , 전도성이 있고 해충 ,

충격에 강하다. 이런 다양한 강점을 인정받아

현재 산업 전반에서 사용되고 있고 그 사용량

또한 꾸준히 증가하고 있다.

하지만 기존의 탄소섬유는 석유를 기반하여

만들어지기 때문에 그 가격이 일정하지 않고,

매우 비싸다는 단점이 있다. 따라서 많은

국가와 기업들이 석유가 아닌 다른 물질로

탄소섬유를 개발하는데 집중하고 있다.

스웨덴 왕립공과대학의 케빈 조교님의 말에 따르면, 리그닌은 원자재 가격도 낮을 뿐 아니라

탄소섬유로의 수율 또한 좋기 때문에 낮은 가격에 탄소섬유를 생산 할 수 있을 것으로 기대했다.

또한, 근시일 내로 리튬이온 배터리를 대체할 것으로 예상되는 소듐 이온 배터리에 있어서 리그닌

탄소섬유를활용한전극은매우우수한특성을 나타낸다고도 하였다.

또한 스웨덴 왕립공과대학과 공동연구를 진행중인 RISE의 2025로드맵을 보면, 연구가 장차

진행돼 기계적 강도가 어느정도 우수해져 자동차 산업에 사용이 가능해지면 같은 생산 가격으로

자동차의무게를 600kg이나낮출수있을것으로 전망했다.

리그닌 바이오 연료의 가치

리그닌을 산소와 물과 결합하는 ‘가스

화’ 과정을 통해 합성 가스 상태로 변환

시킨다. 이를 ‘급속 열 분해’하면 메탄올

로 변환할 수 있는데, 이를 수송용 디젤

연료의대체물질로 사용 할 수 있다.

이때 합성 가스는 수성가스전환기술

(Water-gas shift technology)을 통해

수소 가스로 전환가능하다. 이 수소 가스

를 연료전지반응을 시키면 소량의 전기

를생산할 수 있다.

위 사진은 리그닌 추출 장치(왼쪽)와 바이오매스 열 분해 장치(오른쪽)이다. 두 장치 모두 국

내 연구시장에서 사용되고 있다. 이를 앞서 소개한 예상 공정에 응용한다면 충분히 리그닌 연

료로서 가능성을 기대할 수 있다.

◁좌.서울대학교 평창캠퍼스우.㈜포스엔텍

가스화(Gasification):

고체·액체 연료 로부터 기체 연료

를 제조하는 열 화학적 과정이다.

열효율이 높고 취급하기 쉬운 기체

연료를 얻기 위해 사용한다.

수성가스전환기술

(Water-gas technology):

수성 가스 등의 합성 가스에 포함

되는 일산화탄소를 일산화탄소 전

화로에서 수증기와 반응시켜, 이산

화탄소와 수소로 전화하는 반응

4-2 리그닌 제품의 미래 가치

을 제안하다.

이처럼 리그닌 연구는 단기적인 이율 창출이 아닌 장기적인 목표로 설정하여 연구를 진행해야한다.

전 세계적으로 함께 해결해나가야 하는 환경문제와 기존 바이오매스의 한계점, 그리고 국내에서 심각한

골칫거리인 폐 플라스틱 문제를 해결할 수 있는 대책이 필요한 지금, 대한민국의 작은 손들이 모여 큰 변화를

이끌어야 한다.첫째. 정부에 제안합니다.

둘째. 국내 기업에 제안합니다.

셋째. 교육기관에 제안합니다.

넷째. 대중에게 다가갑니다.

단기

중기

장기

정부 부처 주도하, 리그닌 관련 대학 및 연구소에 투자 실시 국내 대학교에 대한 지원 증가와 리그닌 관련 트랙을 신설 국내에 바이오매스 연구 대단지(Domestic BMBiomass Valley)를 설립

국내에 리그닌 공업 단지를 설립하여 제품을 생산하고 공급. 제도 개편을 통해 국내 바이오매스 제품 상용화 추진 해외 기업 및 연구단지와 공동연구 진행

제품 및 기술을 해외에 수출, 글로벌바이오매스 밸리(Global BM Valley) 설치 바이오매스 산업을 국가 주력 산업으로 성장

탐방결론

4-3 Liginin Vision2050+을 제안하다

첫째. 정부에 제안합니다.

둘째. 국내 기업에 제안합니다.

국가적 차원의적극적인 지원을통한 국내 리그닌

연구 활성화

현재 국내 리그닌 연구의 가장 큰 한계점은 바로 ‘투자의 부재’이다. 국내에서

바이오매스를 사용한 제품들이 조금 더 가격경쟁력을 갖출 수 있도록 인증마크를

붙이고 인센티브를 부여하는 제도를 제안한다. 바이오매스는 초기에는 가격 경쟁력이

떨어질 수 밖에 없는 비용이 발생한다. 이에 많은 기업과 중소기업들이 필요성에 대해

알고있음에도 불구하고 섣불리 투자를 하지 못하는 상황이다. 이를 해결하기 위해서는

EU의 펀드 제도와 같이 정책적인 지원과 혜택을 구비하여 리그닌바이오매스활성화에

긍정적인 영향을 주어야한다.

대기업 중소기업

• 연구 부서 설립

• 리그닌 관련 인재 채용

• 리그닌 관련 연구

• 해외 투자 유치

• 해외 파견

• 연구 부서 설립

• 리그닌 관련 제품 생산

• 대기업과 공동 연구

• 해외 파견

대기업과 중소기업이 유기적인 관계를 맺어 효과적인 기업문화를 구축해야한다. 대기업과중소기업의

유기적 관계 및공동 목표설정

셋째. 교육기관에 제안합니다.

탐방을 통해 알게 된 국내 리그닌 관련 연구 대학교는 서울대학교, 성균관대학교,

전북대학교, 강원대학교 등 적은 규모이다. 연구의 활성화를 위한 리그닌 기초에 대한

교육과 전문 인재 육성을 위한 특성 커리큘럼 구축이 필요하다.

넷째. 대중에게 다가갑니다.

리벨업 팀에서 자체적으로 시행한 설문조사 결과, ‘리그닌에 대해 들어본 적이

있습니까?’ 라는 질문에 67%가 “들어본 적 없다”, 30%가 “들어보았다”, 2%가 “잘

알고있는 분야이다”라고 답했다. 이처럼 대중들은 현재 리그닌에 대한 인식이 부족하다.

1. 전시회개최

2. 학술지및논문

3. 다양한온/오프라인홍보

현재 국내외로 바이오매스에 대한 전시회가 많이 열리고 있다. 대중들에게 가장 쉽고,

가장 직접적으로 홍보할 수 있는 기회이기에 많은 기업들이 참여하고 또 많은 대중들이

이를 찾는다. 따라서 리그닌 관련 전시회를 개최하여 많은 이들에게 리그닌의 가치와

발전가능성에 대해 홍보를 실시해야한다.

더 많은 투자와 연구를 통해 다양한 방면으로 리그닌을 탐구하여 전문적인 지식을

공유 해야할 필요성이 있다. 또한 학술지에 리그닌에 대한 비전을 소개하고 해결해야할

문제점을 게재하여 많은 과학자, 연구자들에게 홍보를 해야한다.

SNS는 정보를 빠르게, 광범위하게 홍보할 수 있는 주요 매체이다. 리그닌 게시물을

꼼꼼히 살펴보기보다는 훑어 지나가는 느낌의 사용자가 더 많을 것이다. 하지만

대중들에게 ‘리그닌’ 이라는 단어를 익숙하게 하는 것 만으로도 추후 연구와 관심에 큰

영향을 줄 것이라 예상한다. 페이스북, 리그닌 관련 카드 뉴스리벨업 공식 페이스북

https://www.facebook.com/livelup.skku/

지속적인 노출을통한 대중의 관심

상승효과 및필요성 강조

△좌.국내 그린에너지 엑스포우.국제 리그닌 전시회

4-3 Liginin Vision2050+을 제안하다

탐방결론

바이오매스밸리플랫폼

리벨업이 제시하는 ‘바이오매스밸리(BM Valley)’란 바이오매스의 활용을 위한 대규모 연구기관이나 대학

또는 벤처기업들이 밀집해있는 지역을 뜻한다. 특히 국내에서 해외의 값싼 원재료 수입과 펄프 폐기물 수입 및

공동연구, 기술 수출을 통해 고부가가치 리그닌의 바이오매스화를 더욱 활성화시키는 플랫폼이다. 이 플랫폼은 크게

Global BM Valley 와 Domestic BM Valley 로 나뉜다.

국내의 경우 북유럽, 남미, 북미와 달리 지형이 고르지않아 벌목에 한계가 있다. 따라서 원재료의 수입이 불가

피한 상황이기에 침엽수의 벌목이 용이한 세 지역에서 수입을 한다. 또한 각 국가의 펄프공장에서 버려지는 펄프폐기

물을 수입하여 국내에서 가공을 한다.

또한 수입한 목재와 펄프폐기물에서 리그닌을 추출, 가공하기 위해 국내에서 기술연구를 진행한다. 현재 북유

럽, 북미에서 리그닌에 대한 연구가 활발하기 때문에 BM Valley를 통한 공동연구는 국내외 리그닌 활성화에 큰 도움

이 될 것으로 예상된다. 국내에서 연구한 기술을 다시 해외로 수출하여 국내 기업, 대학에 이익 사업을 진행한다.

글로벌 바이오매스 밸리 구축

국내 기업, 대학들이 해외 바이오매스밸리 시스템을 구축하여 리그닌 연구를 진행한다.

ReadyFor nextGeneration

해외 자본 (목재, 펄프폐기물)

국내 리그닌 추출 공법

리그닌 제품 생산

해외 수출 및 기술 수출

해외 대학, 기업 공동연구

국내 BM Valley 활성화

리그닌 플라스틱 공장

리그닌 연료 공장

리그닌 탄소섬유 공장

Global BM Valley 글로벌 바이오매스밸리

한눈에 보는 BM Valley

해외

해외 / 국내

국내

국내

4-4 BM Valley Platform탐방결론

4-4 BM Valley Platform을 제안하다

Domestic BM Valley 국내 바이오매스밸리

울산 BM Valley = 수출입 및 리그닌 처리 공장대전 BM Valley = 국내 기업, 연구 대단지 설립

한민국 ‘산업의 수도’ 울산은 수심이 깊은 항구를 끼고 있고, 공단을 건설할 만한 넓은 땅이 있으며,

도심 한가운데로 태화강이 흐르고 있어 대단위 공단이 조성된 상태이다. 따라서 리벨업은 울산을 국내

바이오매스 밸리의 중심으로 선정하였다. 특히 수입과 수출을 담당하는 지역으로 북미, 남미, 북유럽과 활발한

교류를 예상한다.

울산에 본사를 가지고 있는 무림 P&P는 국내 펄프 생산에 큰 자리를 잡고 있다. 계속되는 펄프

수요증가로 펄프 폐기물 처리에 관한 연구가 진행되고 있다. 이에 리벨업은 해외 수입에 의존하는 펄프

폐기물을국내에서도공급받기용이한 울산을 우선순위로 잡았다.

울산 BM Valley의 경우, 수출/입의요충지이며 리그닌공정을 실시한다. 다양한 공장을 설립하여 목재

및 펄프 폐기물을 플라스틱, 연료, 탄소섬유로 가공한다. 생산된 제품은 다시 국내 시장 및 해외 시장에 수출을

하여 환경보호에 앞서는 지역이 될 것이라 예상한다.

대전은 대한민국 중앙부에 있는 광역시이다. 각 도시로 통하는 교통의 요충지이며, 대덕산업단지가

위치하고 있다. 따라서 다양한 기업과 연구기관들이 위치하고 있기에 우리는 대전에 또 하나의 BM Valley를

구축하여 주로 연구를 담당하는 지역으로 발전시킨다. 또한 기존에 운용되고 있는 에너지 밸리와 바이오

밸리와협력사업으로 더욱 다양한 리그닌 연구를 할 수 있도록 지원이 이루어져야 할 것이다.

LG 화학 기술연구원을 포함한 국내 대기업이 대전에 고루 분포되어 있다. 따라서 중소기업과 대기업의

공동연구 역시 활발히 이루어질 것이라 기대한다.

대

국내 바이오매스 밸리 구축

• 울산 BM Valley

리그닌 가공 공장 설립

무림P&P 펄프 폐기물 공급

기술 및 제품 수출

• 대전 BM Valley

국내 기업 협력 지역 구축

연구 대단지 설립

에너지 밸리, 바이오 밸리 설립

“연구와 생산의 분업화”

[ Global / Domestic BM Valley 예상 긍정적 효과 ]

일자리 창출청년 실업문제 해결

환경문제 해결새로운 바이오매스의 발전

대기업 / 중소기업 / 산업현장유기적인 협업

국제 경쟁력 상승국가 위상 제고

4-4 BM Valley Platform을 제안하다

맺음말

왜 굳이 불편하게 다른 전공 네 명이 한 팀이 됐어?

왜 다들 잘 모르는 분야를 주제로 잡았어?

리그닌으로 세상을 바꿀 수 있는 것도 아닐텐데

왜 그렇게 열심히 해?

‘왜?’로 가득한 물음이 주변의 반응이었습니다.

익숙하지 않은 분야를 연구했기에 많은 어려움이 있었습니다.

새로운 화학구조를 이해해야 했고, 새로운 공정 과정을 배워야 했고,

늘 새로운 도전을 피할 수 없었습니다.

우리는 그래도 해야만 했습니다.

우리는 인터뷰에서 자주 ‘왜?’로 시작하는 질문을 던졌습니다.

그 순간, 탐방을 준비하면서 들었던 ‘왜?’가 떠올랐습니다.

인터뷰 전에는 답변을 아직 모르는 것처럼

그들은 우리에 대해, 리그닌에 대해 모르기 때문에 나온 당연한 반응이었습니다.

여기서 우리의 목표를 찾았습니다. 국내에 ‘리그닌’을 알리자.

사람들이 리그닌에 쉽게 다가갈 수 있도록 결론 방향을 잡았습니다.

우리가 지금까지 만난 국내외 리그닌 전문가들은 남들이 먼저 가지 않은 길을 앞장 선 선구자였습니다.

주변에서 비전이 없다고 손가락질을 해도 스스로의 신념과 가치를 지켜 꿋꿋이 연구를 이어나갔습니다.

우리도 그 길을 걸을 수 있도록 노력할 것입니다.

앞으로도 ‘왜?’라는 질문을 멈추지 않고

옳은 미래를 만들어 나가겠습니다.

오늘도

참고문헌

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목질계 바이오 에너지의 이용 현황 및 전망, 최인규, 서울대학교 농업생명과학대학 산림과학부

폐목재로부터 리그닌 추출을 위한 Organosolv 전처리 공정의 최적화, 이현수, 김영모, 광주과학기술원, 2017

동북아 대기오염 전망을 고려한 국내 석탄화력발전 증설의 대기질 영향분석, 한국환경 정책평가연구원, 2013

에너지전환 정책의 실효성 제고 방안 : 환경비용 · 편익을 반영한 시뮬레이션 분석, 장우석, 현대경제연구원, 2018

바다의 숨통을 조이는 미세 플라스틱 : 세면대에서 바다까지, 마이크로비즈 규제의 필요성, 박샘은, 그린피스, 2016

Mountains of Waste Could Lead to New US Manufacturing, Jobs, Kathleen Phillips, EurekAlert, 2017

Lignin Based Electrospun Carbon Fibers in Sodium Ion Batteries, Kevin Peuvot, KTH, 2018

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문 헌

기 사

웹 페 이 지