무게는 철의 5분의 1에 불과

강도는 5배 달해 활용성 커

일본, 4대 미래 신소재 선정

2030년 30조원대 시장 전망

플라스틱 쓰레기로 인한 환경 오염에 대한 우려로 인해 세계 각국에서 친환경 순환경제에 대한 관심이 커지고 있다. 

세계 각국은 대표적인 친환경 정책으로 ‘탈 플라스틱’에 속도를 더하고 있다. 

앞서 유럽연합은 빨대 등 일회용 플라스틱 제품의 사용을 금지하는 법안을 통과시켰고 호주 환경에너지부는 오는 2025년까지 자국에서 사용되는 포장재의 100%를 재활용·재사용·분해 가능한 제품으로 만든다는 계획을 발표했다.

또한 일본에서는 2030년까지 일회용 플라스틱 사용 25% 삭감 목표 달성을 위하여 약국과 편의점 등의 점포를 시작으로 비닐봉투 유료화를 실시했다.

이와 함께 지난 2018년 G7 정상회의에서도 2030년까지 플라스틱 포장지의 55% 이상을 재사용·활용하고, 2040년까지 모든 플라스틱을 100% 회수한다는 ‘해양 플라스틱 헌장’을 채택했다.

세계 각국에서는 이미 플라스틱 사용을 줄이기 위한 다양한 규제를 실행하고 있으며, 플라스틱을 대체할 수 있는 친환경 소재인 펄프와 종이에 관한 관심이 높아지고 있다.

日, 제2의 탄소섬유로 육성 노력

플라스틱의 사용 자제를 줄이기 위한 다양한 노력과 함께 플라스틱의 대체제로 펄프 기반 친환경 소재 중 하나인 나노셀룰로오스가 주목을 받고 있다.

나노셀룰로오스는 펄프나 비목질계 식물 등으로부터 얻어진 셀룰로오스 나노섬유(CNF, Cellulose nanofiber) 소재를 활용해 친환경·저탄소 제품의 기반이 된다.

나노셀룰로오스는 나무의 주 성분인 셀룰로오스를 10억분의 1로 쪼개 나노화한 물질이다. 분자간 결합력이 탁월해 무게는 철의 5분의 1에 불과하지만 강도는 5배에 달하는데다 열 안정성, 친수성이 뛰어나서 자동차, 화학 등 여러 산업에 응용될 것으로 기대되고 있다.

특히 일본은 나노셀룰로오스를 4대 미래 신소재 중 하나로 선정하고 ‘제2의 탄소섬유’로 만들기에 공을 들이고 있다.

나노셀룰로오스를 전략 소재로 묶어 일본에서 생산된 소재나 샘플의 해외 반출을 금지하는 한편 정부 지원으로 산·학·연 간 협력과 연구개발을 도모하고, 산업화를 유도 중이다. 세계에서 나노기술 경쟁력이 가장 앞선 일본은 2030년 나노셀룰로오스 관련 시장을 30조원 규모로 전망하며 중점 연구 개발하고 있다.

NASA 우주 소재 및 3D 바이오 프린팅 활용

미국 항공우주국(NASA·이하 나사)는 지난 2019년 '나노셀룰로오스'의 미래 우주 소재로서의 가능성을 주목, 실제 우주정거장에서 적합성을 평가했다.

우주환경실험은 나사가 우주정거장에 여러 가지 우주 소재를 우주왕복선으로 실어 보내 우주 환경에 적합한 지 여부를 실험하는 것으로 2019년 초와 하반기에 두 차례 진행되었다. 

나노셀룰로오스는 특히 화성에 존재하는 물과 그곳의 물질로 셀룰로오스 소재 합성이 가능하다면 우주에서 직접 제조해 사용할 수 있는 소재가 될 수 있다는 점에서 활용 가능성이 무한하다.

또한 강원대학교 농업생명과학대학 바이오시스템기계공학전공 임기택 교수팀은 최근 나노셀룰로오스를 활용한 '셀룰로오스 잉크소재 원천기술 및 3D프린팅 조직재생 하이드로겔'을 개발했다고 밝혔다.

연구팀은 왕겨에서 추출한 나노셀룰로오스 원천소재 확보 기술을 활용해 알지네이트·젤라틴·셀룰로오스 나노크리스탈 3D바이오프린팅 하이드로겔 지지체를 개발했다.

이번 연구에 사용된 나노셀룰로오스 지지체는 기존의 하이드로겔의 단점인 공간 내부구조, 직경, 모양 형태 및 세포유형의 공간 분포에 대한 규격 제어의 어려움을 3D바이오프린팅 기법을 통해 해결했다. 

특히, 연구팀이 개발한 새로운 3D바이오프린팅 하이드로겔 지지체 기술은 유변학적 거동 및 줄기세포 생존력 테스트, 뼈 재생 동물실험 모델을 통해 생체적합성과 조직재생 측면에서 우수한 효과를 나타냈으며, 피부, 뼈 인공조직 등의 다양한 조직재생 분야에 활용이 가능할 것으로 전망된다.

한솔제지, 2018년도 30만톤 생산체제 구축  

우리나라는 나노셀룰로오스 후발주자지만 한솔제지, 국립산림과학원 등이 연구개발(R&D)에 속도를 내고 있다. 

한솔제지, 국립산림과학원, CJ제일제당, LG전자, LG화학 등 17개 기관은 지난해 7월 '나노셀룰로오스'의 국내 산업 활성화를 위해 산·학·연 포럼인 나노셀룰로오스 산업화 전략 포럼을 만들고 발족식을 가졌다. 나노셀룰로오스 관련 단체가 국내에서 만들어진건 처음이다.

이 포럼은 나노셀룰로오스에 대한 인식 확산과 산업 활성화를 도모하고 있다  

한솔제지는 2010년부터 종이 원료인 펄프로부터 나노셀룰로오스를 개발하기 위한 투자에 주력, 2018년 말부터 연 30톤 규모의 생산 체제를 구축했다. 

한솔제지는 수분산 형태의 나노셀룰로오스를 만들어 타이어 경량화와 내마모 향상, 자동차 부품 경량화 및 강도 향상, 화장품 보습성 향상 등에 나노셀룰로오스 적용을 확대하고 있다. 국립산림과학원은 배터리 분야 적용을 위해 2007년부터 연구를 시작했다.