친환경 공정의 효율성 제고

Novomer에 최적화 체계를 마련해 준 JMP®의 실험 계획

메사추세츠 주에 위치한 친환경 화학회사인 Novomer는 고성능 친환경 폴리머와 화학 중간재 제품 분야를 선도하고 있습니다. 온실 효과의 주 원인으로 지목되는 이산화탄소를 가져다가 플라스틱 병, 플라스틱 포장재 및 금속 코팅재(덧창/덧문/차고문/금속제 지붕 등 내후성이 요구되는 모든 종류의 코팅에 사용)를 비롯한 다양한 제품에 포함시키고 있습니다. 또한 Novomer는 이 같은 공정을 경제적으로 수행하고 있습니다.

친환경적이고 가격 경쟁력이 높은응용 제품 개발

Novomer의 제품은 이산화탄소를 상당량 함유하고 있는데, 이는 기존 폴리머보다 제조 과정에서 석유를 훨씬 적게 사용한다는 것을 의미합니다. Novomer의 공동 창업자이자 촉매 개발 사업부 부사장인 Scott Allen은 “저희가 생산하는 재료 중에는 이산화탄소가 40% 이상을 차지하는 제품도 있다”고 설명합니다.

Novomer는 더 적은 양의 석유로 제품을 생산할 수 있고 CO₂를 대기 중에 방출하거나 지하에 저장하지 않고 유용하게 활용할 수 있도록 해주는 촉매 기술을 상품화하고 있습니다. 그리고 JMP는 이를 실현하는 데 중요한 역할을 하고 있습니다.

Allen은 “저희가 보유한 화학자는 12명뿐일 정도로 리소스가 한정돼 있는데 여러 제품 개발을 동시에 진행하고 있는 상황입니다. JMP는 여러 가지 반응 조건을 매우 논리적인 방식으로 선별하여 어디서부터 최적화에 착수해야 할지를 파악하게 해 주었다”고 말합니다. “이처럼 계획적이고 체계적인 도구가 없었다면 새로운 응용 제품 개발에 큰 어려움을 겪었을 겁니다.” Novomer는 업계 표준을 충족하거나 뛰어넘으면서도 가격 경쟁력을 갖춘 친환경적인 응용 제품 개발에 상당한 성과를 거두고 있습니다.

Novomer CEO인 Jim Mahoney가 The Boston Globe와의 인터뷰에서 말했듯이, “고객은 친환경적 측면을 매우 중시합니다. 하지만 가격 경쟁력도 있어야 합니다.” 효율적인 실험 계획 프로세스는 이 목표를 실현하는 데 필수적입니다.

연구 우선 순위를 정하는 데 지침이 된 실험 계획

Novomer는 코넬대학교에서 개발한 촉매 기술을 채택하고 있습니다. Allen은 “처음에는 이산화탄소와 일산화탄소가 모두 매우 저렴하다는 점에 착안했다”고 설명합니다.

Allen은 유용한 재료를 개발하는 데 필요한 공정 개발 과정을 감독하면서 응용 제품별로 촉매 기술을 활용할 최적의 방법을 결정하는 일을 담당하고 있습니다. “고객사들은 기존 공정이나 조성에 투입되어야 하는 특정 재료를 가지고 있습니다. 그런데 일반적으로 저희 시스템에서 그런 재료 유형을 수용할 수 있을지를 알 수가 없습니다. 그래서 고객에게 유용하도록 기술을 세부 조정하는 것이 제가 하는 일입니다. 다양한 분자량, 성분 또는 조성을 살펴보는 거죠. 회사의 역량을 고객의 요구 사항과 조율하는 겁니다.”

Allen이 JMP를 사용한 지는 1년 반밖에 되지 않았지만, R&D 담당 부사장 Ron Valente의 평가를 들은 후 열렬한 팬이 되었습니다. JMP 사용 경험이 풍부하고 당시 공정 개발을 이끌었던 Valente는 “JMP로 몇 가지 실험 계획을 실행하여 반응의 주요 요인을 신속하게 조사하자고 제안했다”고 말합니다. Valente가 다른 회사에서 20년간 일했던 동안에도 JMP가 그 회사의 성공적인 화학 공정 개발에 열쇠가 되었다고 합니다.

“JMP 소프트웨어의 뛰어난 성능은 Novomer 팀에게도 도움이 될 것이 분명했습니다. 실험계획법은 저희가 공정을 파악하는 과정을 효율화하고 공정 재현 능력을 높여주었으며 조사 우선 순위를 정하는 데 도움을 주었습니다. 아울러, 탁월한 기술 지원도 JMP를 선택하게 된 중요한 요인이었습니다.”

2세대 실험 계획에서의 객관적인 시각

Novomer는 1세대 촉매와 근본적으로 다른 2세대 촉매를 도입하려고 준비 중이었는데, Allen과 팀원들은 1세대에서의 시각을 완전히 배제하고 2세대 촉매를 파악하기를 원했습니다. “1세대 시스템에 적용되는 최적의 조건은 이미 알고 있었습니다. 그것을 2세대에 그대로 적용하기를 원하지는 않았습니다.

그래서 12가지 요인을 조사하고자 했습니다. 종래의 선별 계획을 사용했다면 실험할 양이 너무 많았을 것입니다.”

Allen의 팀은 여러 가지 상호작용을 찾아냈고 이어서 이를 검증할 수 있었습니다. “1세대 촉매를 다루던 시각으로 조사했다면 고려할 수 없었을 몇 가지 반응을 확인했고, 이는 매우 큰 도움이 되었습니다. 이후 작업의 기준이 되었으니까요.”

이제 Allen은 관리도를 사용하여 반응이 통계적으로 반응 범위 내에 있는지를 확인하는 등의 다른 데이터 분석에도 JMP를 사용합니다. 하지만 “아직 JMP의 성능을 2% 정도밖에 활용하지 못하고 있다”고 말합니다.

Allen은 Novomer의 기술을 한 차원 발전시키는 데 있어서 JMP의 공로를 인정합니다. “JMP를 사용하면 초기에 예상하지 못했을 상호작용이나 효과를 확인할 수 있습니다.” Allen은 실험 과정에서 JMP가 심어준 확신과 요인을 한 번에 하나씩 변경했더라면 고려하지 못했을 반응 조건을 탐색하는 기능에 전반적으로 만족하고 있습니다.