2019년 9월호 Vol.61
일반대학원 임산생명공학과 박나영 석·박사통합과정생과 이형규 석사과정생이 지난 4월 산림청에서 지원하는 ‘대학원생 창의도전 아이디어 지원연구 사업’ 대상자로 선정됐다. 각각 ‘전통 인피섬유 자원을 활용한 용해 펄프 제조 및 응용 기술 개발’과 ‘제지슬러지 소각재의 탄산화법을 통한 경질탄산칼슘 합성과 제지 산업적 이용’을 연구 주제로 사업 대상자로 선정됐다. 우리나라 제지 산업의 새로운 기초 연구를 제시한 이들의 이야기를 이곳에 담았다.
대학원생 주도형 지원 사업
산림청에서 주관하는 '대학원생 창의도전 아이디어 지원 연구' 사업은 자기주도·창의자립형 청년 산림과학자를 육성하기 위해 기획됐다.
기존 교수 주도형 사업이 아닌 대학원 석·박사과정생이 연구책임자로 연구팀을 구성해 연구를 수행하는 것이 특징이다. 이번 사업에는 임산생명공학과 김형진 교수의 연구실 소속 대학원생이 각기 다른 주제로 사업에 참여한다.
박나영 석·박사통합과정생과 이형규 석사과정생은 모두 김형진 교수의 제안으로 해당 사업에 참여하게 됐다. 이형규 석사과정생은 “기존 교수님이 주도하는 연구와 달리 대학원생이 주도하기 때문에 쉽게 할 수 없는 특별한 기회”라며 해당 사업에 참가하게 된 계기에 대해 설명했다. 이 연구 사업은 지난 4월부터 시작됐으며, 1년간 진행된다.
제지슬러지를 해결할 수 있어요
이형규 석사과정생은 ‘제지슬러지 소각재의 탄산화법을 통한 경질탄산칼슘 합성과 제지 산업적 이용’을 연구 주제로 제안했다.
“어떤 산업에서든 폐기물이 발생하는데요. 제지산업에서도 마찬가지입니다. 종이 제조과정에서 나온 폐기물을 통칭해 제지슬러지라고 합니다. 제지슬러지에는 여러 가지 유·무기물이 혼합되어 있는데요. 그중에서 무기충전물에 주목하였고, 이를 기반으로 유용자원화 기술 개발을 통해 재활용하기 위한 연구를 진행하고 있습니다.”
현재 전 세계적으로 막대한 제지슬러지 발생량의 일부를 해양 배출을 통해 해결해왔지만, 런던 협약을 시작으로 국내 환경부도 관련 조항 개정을 통해 전적으로 육상처리화 하였다. 이형규 석사과정생은 제지슬러지의 막대한 발생량을 처리하는 데 기존의 방식이 한계가 있다고 판단해 이번 연구를 고안하게 됐다. 더 나아가 제지슬러지를 다른 고부가가치 산업으로 발전시킬 수 있는 방안을 제시한 것이다.
“탄산칼슘은 종이 제조 과정에서 가장 많이 사용되는 무기원료 중 하나입니다. 이는 종이 원료 가격 상승으로 인한 종이 제조 단가의 상승을 상쇄할 뿐만 아니라, 종이의 물성을 제공하기도 합니다. 당연히 제지슬러지에도 다량 포함되어 있죠. 따라서 제지슬러지를 일정 온도에서 소각하여 유기물을 제거한 뒤 재(ash)를 물과 혼합한 뒤 이산화탄소를 주입하는 방법을 통해 침강성탄산칼슘(precipitated calcium carbonate, PCC)을 합성할 수 있습니다. 이를 다시 종이 제조과정에 투입함으로 발생되는 제지슬러지를 효과적으로 처리함과 동시에 유용자원화할 수 있습니다.”
이형규 석사과정생은 이번 연구가 신(新)산업 창출의 기초 기술로 활용되었으면 하는 바람을 내비쳤다. 현재 그는 관련 특허와 논문을 수집하고 회사 별 배출한 다양한 슬러지를 수집해 물리·화학적 분석을 완료했다. 그 결과를 한국펄프·종이공학회에서 발표하여 2019년 춘계 학술논문발표회에서 우수포스터발표상을 수여받았다. 그리고 현재는 제지슬러지를 통해 합성된 탄산칼슘을 종이에 첨가할 수 있는 품질로 개질하기 위한 기술 개발에 노력하는 중이다.
고부가가치화를 통한 전통 자원의 활용 방안을 연구하다
박나영 석·박사통합과정생은 ‘전통 인피섬유 자원을 활용한 용해 펄프 제조·응용기술 개발’이라는 주제로 이번 사업에 선정됐다. 이번 연구를 통해 제지공학 기반으로 전통 인피섬유 자원으로 용해펄프를 제조하고, 이를 문화재 보존처리 시 대체재로 활용할 수 있는 소재 개발 연구를 진행할 계획이다. 박나영 석박사과정생은 “국내의 비목질계 원료를 활용할 수 있는 고부가가치를 생각했다”며 연구에 대해 설명했다.
“환경문제로 인해 비목질계 섬유 자원에 대한 연구가 전 세계적으로 활발히 진행되고 있어요. 그렇다면 우리나라에서는 어떤 비목질계 섬유 자원을 활용할 수 있을까? 라는 질문을 던지게 됐죠. 그래서 찾은 게 닥, 삼, 모시와 같은 우수한 특성을 지닌 인피섬유예요. 예로부터 활용됐으나 현대에는 이러한 자원의 활용과 수요가 낮고, 국내 재배량도 줄고 있다는 것을 알게 됐습니다. 이를 고부가가치를 지닌 용해펄프로 제조해 새로운 활용 방안을 제시할 수 있을 것이라 판단했습니다.”
용해펄프는 셀룰로오스 함량이 90% 이상인 고순도 펄프로, 처리 방법에 따라 광범위한 분야에서 사용 가능하여 주목받는 소재다. 박나영 석·박사통합과정생은 전통 섬유자원을 통해 용해펄프를 만들고, 이를 문화재 보존 처리 시 사용할 수 있는 재료로 만드는 것에 연구 목표를 세웠다.
“훼손된 지류 문화재나 종이 기록물을 보존처리하기 위해 레이온지 같은 보강지와 고풀, CMC 등의 접착제가 기본적으로 사용되는데, 본 연구를 통해 제조된 용해펄프를 응용하여 현재 사용되고 있는 재료들의 문제점을 해결하고 대체할 수 있는 재료를 개발해보고자 합니다. 현재 국민대 일반대학원 문화재보존학과 학생들과 함께 연구하고 있어요.”
현재 박나영 석·박사통합과정생은 팀원들과 함께 여러 자료 조사를 통해 실험을 진행하고 있는 상태다.
제지산업의 새 바람을 예고하다
박나영 석·박사통합과정생과 이형규 석사과정생은 연구개발계획서 제출, 프레젠테이션을 통해 이번 연구 사업에 착수하게 됐다. 진행하는 과정에서 여러 어려움이 있지만, 많은 것을 배우고 있다고 입을 모았다. 이들에게 임산생명공학 혹은 관련 분야에 진로를 두고 있는 학생들에게 한마디 부탁했다. 이형규 석사과정생은 “실험실에서는 폭 넓은 시각을 배울 수 있다”고 말했다.
“학부 때 바라보던 실험실과는 다르다는 것을 알 수 있을 거예요. 그래도 많은 것을 배울 수 있어요. 2년이라는 짧은 시간 동안 새로운 터닝포인트가 될 것입니다.”
박나영 석·박사통합과정생도 이에 동의하며 “임산생명공학은 셀룰로오스 자원이 지닌 가치와 활용성처럼 다양한 도전을 펼쳐갈 수 있는 학문”이라며 “과 후배들이 연구실로 많이 왔으면 좋겠다”는 소망을 내비쳤다.
대학원생 창의도전 아이디어 지원연구 사업은 일반 연구 사업과 달리 석박사과정생들이 주도한다. 이를 통해 대학원생들이 주도적 연구역량 개발에 모범사례가 될 수 있을 것이라 기대가 모아진다.
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