최근 20년 가까이 폐타이어 재활용에 관한 연구를 집중 수행해 온 경상대학교 유기탄성체 실험실(김진국 교수)은 폐기물 재활용 분야 연구에서는 세계적으로 단연 독보적인 곳으로 명성을 얻고 있다. 공과대학 신소재공학부 고분자공학과에 속해 있는 유기탄성체 실험실은 주로 고분자 가공을 중점 연구하고 있다. 특히 고무 공학 분야에서 세계적인 연구기관으로 주목받고 있는 유기탄성체 실험실의 김진국 교수를 2011 대한민국 Power Brain으로 선정 소개한다.

자원순환 물질 제조로 환경에 기여

세계는 지금 대체에너지, 신재생에너지 개발에 역량을 집중하고 있다. 우리나라도 이러한 시대적 흐름에 발맞춰 정부는 국가 신성장동력으로서 저탄소 녹색개발 정책을 시행하면서 산·학·연·관 모두 기름 한 방울 나지 않는 세계 최대 에너지 자원 빈국인 우리나라의 미래 대안 에너지에 대한 대책 마련에 힘을 쏟고 있어 매년 9월 6일을 ‘자원순환의 날’로 지정하여 자원순환에 관한 사항을 강조하고 있다. 이러한 사회적 분위기 속에 폐기물이 여러 가지 환경문제를 야기하고 있는 가운데 김진국 교수가 이끄는 경상대학교 나노신소재공학부 유기탄성체 실험실이 환경 친화적인 부분과 미래 에너지 부분에 초점을 맞춘 눈부신 연구 성과를 도출하고 있어 관련 학계와 산업계의 관심을  받고 있다.

김 교수는 “21세기가 다가옴에 따라 특수한 기능을 담당하는 유기탄성체 분야는 각분야의  산업에서 매우 중요한 분야가 될 것이며 특수한 성능의 엔지니어링 탄성체 , 환경친화적인 바이오 탄성체가 개발되고 이 소재들의 탄성체 고유의  물성이 요구함에 따라 탄성체의 가공성과 물성을 이해함이 더욱더 중요해질 것이다”고 밝혔다. 또한 “유기탄성체 연구실은 탄성체의 제조조건과 그 생산물의 물성과의 연결고리를 제공하고 정부기관과 기업과의 프로젝트를 수행하고 있으며, 정부가 자본을 후원하고 기업이 연구를 의뢰하여 프로젝트를 수행하고 있다”고 밝혔다.

정부가 후원하는 실험실 프로젝트는 환경 친화적인 부분과 미래에너지 부분에 초점을 맞추고 있고 학생들과 기업인들이 실험실에 자주 방문하여 한국고분자산업에 대한 기술 교환을 이끌어 가고 있다. 또한 연구생 졸업생들은 사회로 나가 사회가 필요로 하는 인재로서의 역할을 톡톡히 감당하고 있으며 국제화에 앞장서서 각국과 교류함에 중요한 역할을 담당하고 있다. 김 교수는 “고무공학의 폭넓은 분야 내에서 우리의 연구그룹의 분야는 실험 및 가공 모니터링의 일반분야 뿐만 아니라 모델링과 시뮬레이션에 이르기까지 다양하다”며 “식물성 오일 기반 탄성체 개발, 고기능성 탄성체, 고무의 수명예측, 연료전지 고무 가스켓, 탄성체 복합재료(열가소성 탄성체)가 주요 연구관심 분야”라고 밝혔다.

식물성 오일 기반 유기탄성체 개발

21C에 접어들면서 석유자원의 불안정 때문에 석유 대체소재 및 자원순환형 소재의 개발이 세계 유수의 글로벌 화학기업을 중심으로 활발하게 진행되고 있다. 특히 우리나라는 석유자원을 100% 해외에 의존하고 있는 실정에서 석유 대체소재 개발은 절실하다고 할 수 있다. 이러한 시점에 김 교수의 천연물 기반 탄성 소재 개발은 매우 중요하다고 할 수 있다. 식물성오일을 기반으로 고분자 탄성체를 제조하는 기술로서 그동안 탄성체 합성시에 식물성 오일과 결합하여 자원 순환형 천연물기반 탄성체를 제조할 수 있음을 확인하였으며 고분자 말단을 관능기로 개질시켜 식물성 오일과의 결합을 용이하게 하여 자원 순환형의 바이오 탄성체를 제조하므로서 임계성능을 극복할 수 있다.

이 기술에는 분자제어기술, 합성기술등 복합적인 기술이 함께 어우러져 이룩한 기술이라 할 수 있다. 식물성오일 기반 고분자는 곳곳에서 개발되지만 식물성 오일 기반 탄성체는 김 교수팀이 이룩한 세계적인 쾌거라 할 수 있다. 향후 이산화탄소 배출을 저감 시킬 수 있고, 이를 통해 기존의 석유 유대 고분자 재료를 대체 할 수 있어 미래 산업에 적합한 환경 친화적인 탄성소재라는 점에서 괄목할 만하다.

환경 친화적, 미래에너지 부분에 초점을 둔 프로젝트 수행

연구실에서는 위에서 언급한 바이오 탄성체 외에도 폐고무를 재활용하는  열가소성탄성체 개발 등 많은 연구 성과들을 자랑한다. 김 교수는 또한 연료전지 고무 가스켓과 자동차 폐폴리우레탄 폼의 미분쇄 및 자동분리 공정 개발에 의한 재활용 등의 수행하였던 연구 프로젝트에 대해 설명하였다. 특히 우리나라의 자원 및 에너지 부족에 대하여 강조하면서 자원 리싸이클링을 하여 유기 폐기물을 자원화 한다는 것에 개발의 초점을 맞추고 있다.

그 결과 폐기물 재활용 고무플라스틱 복합소재 양산화 공정을 세계 최초로 개발하여 안정화 시키고 있다. 이는 석유화학 수지의 가격이 급등하는 최근에 폐기물 자원화가 시급한 상황에  비추어 볼 때 큰 파급 효과를 불러 올 것이라며 이와 같은 산업체와 함께 하는 개발 연구는 국가 경제에 크게 기여 할 것으로 기대된다.  연료전지 고무 가스켓은 미래형 수송연료 및 가정용, 휴대용 에너지원(연료전지)에 치명적 고장을 일으킬 수 있는 문제점을 제거한 고기능성 고무 가스켓으로서, 안전한 에너지원을 안정적으로 사용할 수 있는 기반을 마련하기 위해 개발되었다. 김 교수는 “개발의 결과 각종 화학약품에 우수한 내성을 가지고 내구수명이 우수한 재료를 개발하며, 개발된 재료의 신뢰성을 평가 및 검증할 뿐 아니라 사용가능한 수명을 예측함으로써 미래형 에너지원에 사용되는 고무재질의 표준을 제시한다”고 밝혔다.

자동차 폐폴리우레탄 폼의 미분쇄 및 자동분리 공정 개발에 의한 재활용에 대해 김 교수는 “우레탄폼은 자동차의 인테리어 조성물로서 의자, 머리받침대 및 기계의 판넬에 폭넓게 사용된다”며 “이 프로젝트의 목적은 폐폴리우레탄폼의 크기 감소와 자동분리 장치 개발에 있다”고 덧붙였다.
이러한 끊임없는 연구 결과 김 교수는 “유기탄성체 연구실을 운영하면서 여러 가지 프로젝트들을 통해 연구를 진행하였고, 그에 따른 성과로 150여 개의 논문을 게재하고 50개가 넘는 특허를 출원하였다”고 밝혀 그들의 연구가 대한민국의 자원순환 분야에 어떠한 영향을 미쳤는지 능히 짐작을 가능하게 했다. 앞으로 연구실이 시대가 요구하는 녹색기술의 창출과 대한민국의 밝은 미래 비전을 위해 제시할 솔루션이 더욱 기대된다.