한국생산기술연구원(원장 이상목)이 포스텍과 함께 친환경 윤활기유를 제조하는 차세대 생산기술을 확보했다고 6일 밝혔다.
기계 부품 표면 사이에 얇은 막을 형성해 마찰·마모를 줄이고 열을 분산시키는 윤활유는 '기유(Base oil)'를 기본 원료로 첨가제를 혼합해 만든다.
자동차 엔진 오일에서 기유가 차지하는 비중이 80~85%, 산업용의 경우 95% 이상일 만큼 높아 기유 품질이 윤활유 성능을 결정한다고 해도 지나치지 않다.
에스터계(Ester) 윤활유는 '에스터 결합(산·알코올 반응으로 물 분자가 빠져나오는 결합)' 특성상 열과 산화에 강하고, 높은 윤활성과 점도 유지 특성을 가져 선박·항공기 등 극한 환경 운행 운송수단에 사용된다.
다만 석유 기반 윤활기유를 사용해 제조 과정에서 탄소를 배출하고, 황성분 제거 추가 공정이 필요하다.
연구진은 바이오매스 유래 '퓨란 화합물'을 개발하고, 이를 바탕으로 친환경 윤활기유를 제조할 수 있는 차세대 생산기술을 확보했다.
김용진 생기원 저탄소전환연구부문 수석연구원팀이 바이오매스로부터 퓨란 단량체 생성 출발물질인 5-히드록시메틸퍼퓨랄(5-HMF)을 생산하고, 이로부터 윤활기유 제조 핵심 원료물질인 테트라하이드로퓨란디메탄올(THFDM)을 생산하는 기술을 개발했다.
이를 통해 '퓨란계 디에스터 화합물'을 합성해 냈다. 이는 퓨란 구조 양팔에 에스터 결합이 형성된 화합물이다.
탄소 수 및 불포화도 조절을 통해 다양한 특성을 가져, 범용적 활용 가능성이 높은 퓨란계 윤활기유를 생산할 수 있게 됐다.
공동연구진인 포스텍의 한지훈 교수팀은 개발 윤활유의 환경성·경제성을 분석했다. 분석 결과 기존 화석연료 기반 윤활유 대비 탄소 배출량이 35% 감소한 것으로 나타났다.
퓨란계 디에스터 윤활유 판매가격은 1㎏당 4.92달러로 평가돼 3.71달러인 합성 윤활유 가격 대비 약 32% 높았다.
김용진 수석은 “최근 신규 공용매를 적용한 통합 공정 개발로 생산 비용을 낮춰 가격 면에서도 석유계 윤활유와 대등한 경쟁력을 확보했다”며 “개발된 퓨란계 디에스터 화합물은 모든 원료를 100% 바이오매스 유래 물질로 제조해 환경 규제가 심해지는 선박 분야에서 활용도가 클 것”이라고 말했다.
이번 성과는 한국연구재단 기후변화대응 기초원천기술개발과제 지원으로 수행됐으며, 환경 화학 분야 국제 학술지 그린 케미스트리 1월 표지논문에 선정됐다.
김영준 기자 kyj85@etnews.com
