한국화학연구원 황동원 박사팀이 개발한 바이오플라스틱 핵심 원료 생산 촉매 시스템이 미국 화학회의 ‘ACS Catalysis’ 1월호 표지논문으로 선정됐다.[한국화학연구원 제공]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 국내연구진이 친환경 바이오플라스틱 핵심원료를 기존보다 50% 저렴하게 생산할 수 있는 기술을 개발했다.

한국화학연구원 황동원 박사 연구팀은 페트병을 대체할 바이오플라스틱으로 꼽히는 페프(PEF)의 핵심 원료인 글루코스를 프럭토스로 바꾸는 촉매 공정을 개발했다고 18일 밝혔다.

이 기술은 기존 효소 공정에 비해 비용을 50% 줄이고, 공정을 두 단계에서 단일 공정으로 간소화해 바이오플라스틱 산업 활성화에 전기가 될 전망이다.

페프(PEF)는 글루코스→프럭토스→HMF→FDCA→PEF의 전환단계를 거쳐 만든다. 글루코스는 식물에서 유래한 포도당 기반의 물질로, 풍부하고 가격이 저렴하지만 직접 바이오플라스틱 원료로 사용할 수 없다. 글루코스에서 프럭토스로 전환하는 공정이 필요한 것이다.

기존에는 효소 공정으로 글루코스를 프럭토스로 전환했다. 하지만 비용이 만만치 않았다. 고가의 효소를 1회 사용하면 재사용할 수 없기 때문이다. 또 프럭토스로 전환되고 남은 글루코스를 분리하기 위해 고가의 크로마토그래피 장비도 필요하다.

연구진이 개발한 촉매 공정은 효소 공정과 비교해 비용이 50%나 적게 든다. 촉매가 효소보다 저렴한 데다, 재사용할 수 있기 때문이다. 또 글루코스를 분리하는 크로마토그래피 공정도 필요하지 않다.

글루코스는 촉매 표면에 흡착된 후 수소결합과 탈수소 반응을 거쳐 50% 이상 프럭토스로 전환된다. 이후 상온에서 글루코스와 프럭토스가 섞인 용액을 식히면, 용해도가 낮은 글루코스가 결정화된다. 여기서 글루코스 결정만 분리하면 프럭토스만 남는 것이다.

새로 개발된 촉매는 하이드로탈사이트·부탄올이다. 하이드로탈사이트는 이전에도 많이 쓰였으나, 불안정한 게 문제였다. 연구팀은 하이드로탈사이트와 부탄올을 결합해 이 문제를 해결했다. 화학적 안정성을 높이는 동시에 안정적으로 고수율을 확보한 것이다.

황동원 박사는 “페프 바이오 플라스틱의 핵심 원료를 안정적으로 확보할 수 있는 기반을 마련한 것”이라며 “신규 촉매기술을 바탕으로 다양한 바이오플라스틱 원료를 만들 수 있는 기술을 개발해 국내 바이오플라스틱 산업 활성화에 이바지하겠다”고 말했다.

이번 연구성과는 미국 화학회가 발행하는 국제학술지 ‘ACS Catalysis’ 1월호 표지논문으로 게재됐다.

nbgkoo@heraldcorp.com