농산 부산물인 왕겨의 산업자원 활용

한양소재(주)

주덕기 연구소장

 

지난해 우리나라의 자동차 생산 대수가 427만대로 사상 최대의 생산량을 기록하였고 올해도 3%가 증가한 440만대를 생산할 것으로 전망된다. 한국은 외국 자동차를 조립생산만 하다가 1976년 에콰도르에 PONY로 첫 한국 독자모델을 수출하였고, 30년만인 2005년에 세계자동차 생산국 순위 5위로 올라선 이래 현재까지 순위를 지키고 있으며, 해외 여러 나라에 신증설을 하고 있는 명실상부한 자동차 강국으로 발전하였다.

 

자동차는 품질을 향상시키기 위하여 플라스틱의 사용비율이 지속적으로 증가하고 있고, 최근에는 자동차가 환경문제의 주범으로 인식되면서 신규 자동차 개발 방향이 기본적인 가격 경쟁력과 함께 안전성, 편의성 극대화와 더불어 환경친화성이 가장 중요한 고려요소 중의 하나가 되었다. 특히 플라스틱을 많이 적용하고 있는 자동차 내장소재는 환경친화성을 증대하기 위하여 자동차 소재의 리사이클링과 경량화는 물론 이산화탄소의 고정을 위한 유기성 자원의 고도 활용에 많은 관심을 가지고 기술개발을 하고 있다.

 

친환경 소재로 나무, 마, 선인장섬유 등 다양한 천연섬유를 이용한 자동차용 소재가 개발되어 세계 여러 나라에서 널리 사용되고 있다. 국내에서도 자동차 내장소재로 폴리프로필렌과 목분을 결합시킨 복합소재와 마를 이용한 소재의 적용이 급격히 증가하고 있으나 천연섬유의 대부분을 수입에 의존(자동차용으로 목분과 마가 각각 약 3천톤/년 수입 추정됨)하고 있다. 이는 수급이 불안정하고 최근에는 천연섬유의 가격이 급등하여 자동차 산업의 경쟁력에 저해 요인이 되고 있어 국산자원을 이용한 소재개발이 절실히 필요하다.

 

국산자원을 이용한 소재 연구 및 개발은 오래전부터 많은 연구가 되어 왔는데, 임업의 부산물인 톱밥, 간벌목, 섬유판 제조 부산물 등과 농업 부산물인 밀집, 볏짚, 왕겨 등에 대한 많은 연구가 있었지만 자동차에서 요구하는 까다로운 품질을 만족하지 못하여 상용화된 제품은 아직 없는 실정이다. 특히 자동차 내장부품 소재 원료로 사용하는 목분은 목질, 입자모양, 분포도, 함수율 등의 조건을 만족해야 자동차 부품소재에 필요한 물성을 갖출 수 있다. 목분은 국산화의 어려움이 있어 대부분을 수입에 의존하고 있는데, 자동차부품의 적용이 증가함에 따라 매년 수입량이 증가하고 있다

 

자동차용 소재가 경쟁력을 지니려면 자동차에서 요구하는 품질(안전성, 편의성, 고감성, 친환경성)과 가격을 만족하고 소재업체의 경제성이 우선되어야 하지만 더욱 중요한 것은 공급의 안정성이다. 매일 일정량의 자동차가 생산되므로 이에 맞게 필요한 물량이 공급되어야 한다. 또한 갑자기 사용량이 증가할 때 원료의 확보가 가능해야 자동차 생산이 중단되지 않기 때문에 부산물의 이용에 불안한 측면이 있으나,

국내에서 왕겨는 연간 약 백만 톤이 발생하여 물량이 충분하고 연중 도정으로 항상 일정량이 발생하게되어 자동차 내장소재 개발에 좋은 재료가 될 수 있을 것으로 보인다. 왕겨는 발생량의 대부분을 연료로 사용하거나 축사의 깔개로 사용 후 퇴비로 활용하고 있으나 왕겨는 규소를 다량 함유한 판상구조로 되어 있어 발열량이 부족하고 가축 분뇨의 흡습 능력이 떨어지며 토양을 오염시킬 우려가 있으므로 폐기물 수준으로 취급되게 되는데, 만약 산업용 원재료로 개발이 된다면 수입 대체효과, 농민의 소득증대 효과 등과 더불어 많은 장점이 있다.

 

왕겨는 목분에 비하여 표면적이 작으며 결합력이 약하고 물성이 떨어지는 문제가 있는데 이를 개선하기 위하여 다양한 방법이 연구되어 있다. 알칼리로 전처리하는 방법이 가장 많이 연구되어 있고 이는 우리 조상들이 오래전부터 사용한 방법이다. 우리 전통 한지 제조 시 사용하는 닥나무 섬유의 경우 닥나무 껍질에서 리그닌을 제거하기 위하여 잿물을 사용하는데 경험적으로 식물을 태우고 남은 재를 물에 넣어 혼탁액을 만들면 식물의 재에 있는 칼슘, 마그네슘, 칼륨, 나트륨 등의 금속염이 용해된 알칼리수를 얻을 수 있고 이를 닥나무 껍질에 넣어 끓이면 리그닌이 제거되어 닥나무 섬유가 된다. 잿물 중에 메밀재가 가장 효과가 좋은 것으로 알려져 있으며,

근대화가 되어 가성소다(NaOH)가 국내에 도입되어 잿물을 대체하여 사용하게 되었고 가성소다가 종래의 잿물보다 효과가 좋아 양잿물이라고 부르게 되었다고 한다. 전처리 방법은 실란과 과망간산칼륨으로 하는 방법과 이들을 혼합하여 전처리하는 방법이 있는데 계면 접착력의 증가나 물성보강 효과는 있으나 양산을 하려면 전처리에 소요되는 비용에 따른 경제성 문제와 폐수발생에 따른 환경문제 등을 해결해야 하는 과제가 남아있다.

 

왕겨의 물성보강을 하는 다른 방법으로 상용화제나 보강제를 활용하는 방법이 있다. 다양한 상용화제가 있지만 경제성에 있어 상용화제는 말레인산으로 약 10% 정도의 물성개선 효과가 있으나 자동차 내장소재로 사용하기에는 국곡강도가 부족함이 있어 더욱 효과적인 상용화제에 대한 연구가 지속되어야 한다. 보강제도 마찬가지로 보강효과는 있으나 비중이 증가하는 경향이 있어 물성보강 효과가 높은 보강제에 대한 추가적인 연구의 필요성이 있다.

 

최근에는 방부목을 대체하기 위한 합성목재의 사용이 급격하게 증가함에 따라 목분의 소요량이 급속도로 증가하고, 왕겨나 간벌목 등 폐자재를 이용한 국산 원료를 사용하고 있으나 국산원료의 공급이 부족하여 수입량이 급격히 증가하고 있어 대체재 개발이 시급한 실정이다. 물성이 까다로운 자동차 내장부품용 소재의 개발을 앞당기기 위해서 농산 부산물을 전처리, 상용화제, 보강제의 새로운 연구와 더불어 지금까지 연구한 많은 이론적인 연구결과를 조합하여 물성을 보완하고 대량생산을 하기 위한 경제적인 방법을 찾는 일이 병행되어야 할 것이다. 

 

출처 : 농림수산식품기술평가원 => 자료마당 => 칼럼

2011-03-10