
아사히카세이, 생체적합성 부여 … CO2 케미스트리 컴플렉스도 구상
아사히카세이(Asahi Kasei)가 이산화탄소(CO2)를 원료로 사용하는 새로운 이소사이네이트(Isocyanate)를 개발해 주목된다.
이산화탄소 유도제품인 카보닐 화합물과 식물 등의 당류를 발효시켜 제조한 아미노산을 주요 원료로 사용했으며 이소시아네이트로서 저점도, 높은 반응성을 갖추었고 원료 변경을 통해 생체적합성, 생분해성을 갖춘 PU(Polyurethane)를 생산할 수 있게 됐다.
아미노산 골격 이소시아네이트는 기초연구 단계에서는 소재와 구조가 알려져 있으나 상업생산이 어려운 것으로 평가되고 있다. 아미노산 골격처럼 복잡한 분자 구조의 이소시아네이트를 기존 제조공법으로 합성하면 반응성이 높지만 부반응이 우선적으로 진행돼 수율이 올라가지 못하는 문제가 있기 때문이다.
아사히카세이는 2개의 독자기술을 통해 세계 최초로 아미노산 골격 이소시아네이트를 상업생산할 수 있는 기술을 개발했다.
독자기술 가운데 하나는 카보닐 화합물과 아미노산 등 원료에서 중간 생성물을 얻는 열해리 반응 증류로 화학반응 프로세스에서 부생물을 제거함으로써 열로 분해한 분자를 재결합시켜 목표로 삼은 반응을 효율적으로 실시하는 방법이다. 중간체의 수율을 대폭 향상시키는 효과가 있는 것으로 평가된다.
다른 독자기술은 중간 생성물에서 이소시아네이트를 얻는 독자적인 열분해로 목표로 한 화합물에 맞추어 최적화된 용매를 선정하고 주반응과 부반응을 정확하게 제어함으로써 범용제품부터 복잡한 분자구조를 가진 특수제품까지 광범위한 이소시아네이트를 합성할 수 있게 됐다.
이소시아네이트는 일반적으로 독성이 강한 포스겐(Phosgen)을 사용해 생산하나 아사히카세이 공법은 포스겐 대신 이산화탄소를 투입함으로써 환경성을 높일 수 있는 것으로 평가된다.
포스겐 공법으로는 실현하기 어려웠던 혁신소재를 창출하는 것도 가능해질 것으로 기대된다. 이소시아네이트는 페인트 경화제로 주로 사용되며 생체적합성 특성이 부여된 혁신소재는 의료용 소재로도 활용할 수 있어 새로운 시장이 열릴 것으로 기대되고 있다.
아사히카세이는 2030년 사업화를 목표로 고기능 환경배려 소재를 요구하는 수요기업의 니즈와 제조 프로세스 개선에 나설 계획이다.
독자기술을 사용한 이소시아네이트로는 자동차 페인트 경화제용 다관능 이소시아네이트인 X-TTI 개발을 완료했다.
높은 투명성과 반응성, 저점도 특성을 갖추었고 페인트용 경화제에 사용하면 도장 가열건조 온도를 기존에 비해 섭씨 60도 정도 낮출 수 있을 뿐만 아니라 내후성을 부여한 클리어층과 베이스(착색)층을 저온에서 동시에 가열건조할 수 있어 도장공정 중 이산화탄소 발생량을 줄이는 효과가 있다.
아사히카세이가 2022년 6월 공개한 차세대 콘셉트카 AKXY2에도 도장용 경화제로 사용돼 자동차 관련기업에 대한 제안을 시작한 것으로 알려졌다. 2026년 사업화, 2030년 사업규모 확대를 목표로 하고 있다.
아사히카세이는 CO2 케미스트리 기술 뿐만 아니라 카보네이트(Carbonate), 이소시아네이트에 대한 이산화탄소 변환 기술을 보유하고 있다.
세계에서 최초로 생산공법을 확립한 PC(Polycarbonate)는 시장점유율 16%에 라이선스했으며 2021년에는 LiB(리튬이온전지)용 전해액 원료 EC(Ethylene Carbonate), DMC(Dimethyl Carbonate) 라이선스를 시작했다.
PC 원료 DPC(Diphenyl Carbonate)와 지방족계 이소시아네이트의 일종인 HDI(Hexamethylene Diisocyanate) 제조기술을 확립했으며 방향족계 MDI(Methylene di-para-Phenylene Isocyanate) 기술도 개발하고 있다.
HDI, MDI는 카보닐 화합물 요소와 아민을 원료로 사용해 열해리 반응 증류와 독자적인 열분해 기술을 거쳐 제조하고 있다.
이산화탄소를 재이용하는 카본 리사이클 기술은 이산화탄소를 대량 이용할 수 있도록 이산화탄소와 수소 베이스 메탄올(Methano) 등 기초화학제품을 합성하는 기술 개발을 본격화하고 있다. 다만, 청정수소를 저가에 대량 조달해야 해 실용화는 2030년 이후 가능할 것으로 예상된다.
아사히카세이는 재생에너지 베이스 그린수소를 대량 제조하는 알칼리 수전해 시스템 개발을 담당하고 있으며 그린수소를 고효율‧저코스트로 제조하는 기술을 확립한 다음 기초화학제품 전환기술 분야에서 외부와 협업할 예정이다.
카보네이트와 이소시아네이트에 대한 이산화탄소 변환기술은 수소를 사용하지 않고 합성할 수 있는 것이 특징이며 수소 제조코스트나 조달량에 의존하지 않아 조기 실용화가 가능할 것으로 예상된다. (K)