폴리올레핀(Polyolefin)은 커스텀 촉매를 통한 고부가화 움직임이 본격화되고 있다.
화학경제연구원(원장 박종우)이 2025년 2월27일 주최한 폴리머교육Ⅰ에서 LG화학 권헌용 연구팀장은 “촉매를 연구‧개발할 때 물성 개선에 대한 수요기업의 니즈를 파악하고 수익성 개선을 고려하며 고부가화를 중심으로 개발해야 한다”고 강조했다.
지글러-나타(Ziegler-Natta) 촉매는 범용 폴리올레핀을 생산할 때 구조 제어에 한계가 있고 물성 및 가공성이 제한적이라는 단점이 있다.
반면, 1991년부터 사용되고 있는 메탈로센(Metallocene) 촉매는 정밀 구조 제어가 가능하고 물성 및 가공성 구현이 용이해 메탈로센 HDPE(High-Density Polyethylene), 메탈로센 LLDPE(Linear Low-Density PE), POE(Polyolefin Elastomer), 메탈로센 PP(Polypropylene) 등으로 용도가 확장되고 있다.
메탈로센 촉매 연구개발 과정은 신제품을 타깃으로 충격 강도, 가공성, 투명도, 실링성 등 물성 개선을 통해 최종제품을 고부가화하겠다는 목표 아래 분자량, 분자량 분포, 결정성 등 구조를 설계하고 분석하고 있다.
또 메탈로센 화합물(촉매 전구체)을 선정하고 성분을 조합해 가공성과 기계적 물성을 향상시킬 수 있는 핵심 인자를 도출하며, 촉매 성분을 조합해 개발된 촉매는 공정 최적화 과정에서 상업화가 가능하다.
기본적인 촉매 특성을 결정하기 위해서는 메탈로센 화합물의 Pool 확보가 중요한 것으로 평가된다. 타깃 맞춤형 설계와 합성, 평가 과정을 거쳐 400종 이상의 메탈로센 촉매 성능 데이터베이스를 구축하면 상대 비교를 통해 특성을 조절할 수 있기 때문이다.
권헌용 연구팀장은 “생산 코스트 절감을 위해 촉매 제조코스트, 활성 개선, 공장별 단위생산성 향상이 중요하다”고 강조했다. 
촉매의 발현 활성 강화는 최종제품의 원료가격 절감에 영향을 끼치는 것으로 파악된다.
활성이 개선되면 기존 공정 활성 20에서 PE 2000톤을 생산하는데 촉매 100kg을 사용해 PE 톤당 2만5000원의 비용이 발생하지만 공정 활성 25에서는 촉매 80kg을 사용하여 PE 톤당 2만원의 원가 절감 효과가 나타나는 것으로 알려졌다.
파우더의 입자 형태 또한 생산성이 향상될 수 있으며 Powder BD 0.30에서 시간당 12톤 생산해 PE 톤당 5만원의 생산코스트가 나오는 반면, 향상된 Powder BD 0.40에서는 15톤 생산하는데 톤당 4만원의 코스트를 절감할 수 있다. 단위 시간당 생산량 확대를 통해 투입고정비 감소 효과를 볼 수 있기 때문이다.
LG화학은 자체 개발한 메탈로센 촉매를 사용해 고무와 플래스틱의 성질을 모두 갖춘 POE를 생산하며 중국이 만들기 어려운 고부가제품으로 무게 중심을 옮기고 있다.
2021년부터 태양광 전용 POE 10만톤을 생산하고 있으며 현재 생산능력 38만톤 체제를 갖추어 세계 2위 지위를 확보하고 있다. (윤지원 연구원)