플라스틱으로 만든 차세대 신소재 ‘에어로겔’ [우리가 몰랐던 과학 이야기] (62)

출처=위키피디아(Wikipedia)

플라스틱 쓰레기는 우리 환경을 위협하는 가장 큰 이슈인데요. 이런 플라스틱 쓰레기를 이용해 차세대 신소재를 만들 수 있다고 합니다. 바로 ‘에어로겔’(aerogel)이라고 하는데요. 대부분이 공기로 이뤄져 매우 가볍고 단열성이 우수해 방음이나 건축, 의류 등 다양한 용도로 활용될 수 있습니다. 에어로겔은 PET병 또는 버려진 의류 폐기물로도 만들 수 있다고 하는데요. 플라스틱 쓰레기 문제도 해결해주는 차세대 신소재 에어로겔은 어떤 물질인지 알아보도록 하겠습니다.

◆지구상에서 가장 가벼운 고체 에어로겔

출처=바이에어로겔닷컴(buyaerogel.com)

에어로겔은 공기를 의미하는 ‘aero’ 와 3차원의 입체구조를 의미하는 ‘gel’이 합해진 단어로, 머리카락의 1/10000 굵기인 이산화규소(SiO2) 실이 부직포처럼 성글게 얽힌 형태입니다, 실과 실 사이에는 공기 분자가 들어 있어 전체 부피 중 대부분이 공기가 차지하고 있는데요, 2002년 기네스북에 지구상에서 가장 가벼운 고체로 등재된 에어로겔은 공기 밀도(0.001g/㎤)의 3배인 0.003g/㎤에 불과합니다.

이렇게 가볍지만 강도는 매우 강해 에어로겔 500g으로 소형 자동차 무게를 지탱할 수 있다고 합니다. 기공률이 높아 방음과 충격 완화, 단열 등의 성질이 뛰어나고 높은 투광성에 비해 열 전도도가 낮아 유리창을 대신할 투명 단열재로도 각광받고 있습니다. 빛은 통과시키면서도 열은 차단해 채광효과는 높일 수 있어 뛰어난 건축소재로도 사용될 수 있습니다.

◆세계 최초로 상용화 성공한 한국인 공학자

출처=에어오겔닷컴(aerogel.com)

에어로겔은 1931년 미국의 화학공학자 스티븐 키슬러(Steven Kistler)가 처음 발견했는데요, 당시 에어로겔은 손가락으로 압력을 가하면 유리처럼 깨질 정도로 강도가 약했습니다. 1980년대 들어 에어로겔 실용화 연구가 본격화되었는데요. 세계 최초로 상용화에 성공한 미 아스펜(aspen)사는 한국인 공학자 이강필 박사가 세운 회사랍니다. 에어로겔에 특수 섬유를 첨가해 쉽게 깨지지 않으면서 대량 생산할 수 있도록 해 세계를 놀라게 했습니다.

◆플라스틱 페트병으로 만드는 에어로겔

출처=싱가포르 국립대(National Uiversity of Singapore)

싱가포르 국립대 과학자들(사진)은 플라스틱 페트병을 이용해 에어로겔을 만들 수 있다고 발표, 주목받고 있는데요. 버려진 페트병 쓰레기로 미세 섬유를 만든 뒤 여기에 실리카 소재(TEOS·Tetraethoxysilane)를 코팅해 에어로겔을 만든 것입니다. 이렇게 만들어진 페트-에어로겔은 단열과 방음 성능이 뛰어나 건축소재로 활용될 수 있는데요. 여기에 메틸 화합물로 코팅하면 기름을 흡수하는 기능이 뛰어나 기름 제거용으로도 쓰일 수 있습니다. 또한 먼지와 유독물질을 걸러낼 수 있으며, 섭씨 620도의 고온도 견딜 수 있어 소방관 방화복 소재로도 사용될 수 있다고 합니다.

플라스틱 페트병뿐만 아니라 버려지는 의류 폐기물로도 만드는 ‘코튼-에어로겔’도 개발돼 곧 출시될 것이라고 하는데요. 버려지는 폐기물에서 우리의 삶에 도움을 주는 신소재로 떠오른 에어로겔! 우리가 사용하고 버리는 페트병이 이렇게 혁신적인 소재가 될 수 있다니, 앞으로 이를 버릴 때는 한번 더 생각하고 좋은 제품으로 다시 태어날 수 있도록 깨끗이 분리수거할 수 있도록 실천하길 바랍니다.

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*이 기고는 한화케미칼과 세계일보의 제휴로 작성되었습니다.

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