국내 연구진이 외부 수소 없이 실온에서 자일로스를 고부가가치 물질로 전환하는 친환경 공정을 개발했습니다.

한국화학연구원 황영규·김지훈·오경렬 박사 연구팀이 실온·상압 조건에서 자일로스를 자일론산과 자일리톨로 동시에 전환하는 촉매와 분리 공정을 개발했습니다.

자일로스는 옥수수 심지나 자작나무 껍질 등에서 추출되는 당으로, 자일리톨은 감미료, 자일론산은 바이오플라스틱이나 의약품 원료 등으로 활용됩니다. 하지만 기존 생산 방식은 고온·고압, 외부 수소나 산소 투입이 필요해 에너지 소모가 컸습니다.

연구팀은 지르코니아 지지체에 백금 나노입자를 분산시킨 촉매를 이용해, 수소를 외부에서 공급받지 않고 자일로스 자체의 수소를 이용한 전이 수소화 반응으로 두 물질을 동시에 생산하는 데 성공했습니다.

생산성과 효율성도 뛰어납니다. 수소 전이 효율은 100%를 기록했으며, 1시간에 37.5g/L의 자일론산과 자일리톨을 생산해 기존 촉매보다 최대 6배 빠른 성능을 보였습니다.

생산된 혼합물은 '양극성분리막 전기투석(BMED)'을 통해 간편하게 분리되며, 반응에 사용된 염기도 90% 이상 회수해 재사용할 수 있습니다. 전체 에너지 소비는 기존 공정보다 최대 46.4% 절감됐습니다.

황영규 센터장은 "이번에 개발한 상온 바이오매스 전환 촉매 기술 및 친환경 분리공정을 바탕으로 국내 미이용 바이오매스 및 폐플라스틱 활용 연구가 활발해질 것"이라며 "미래 탄소원인 바이오매스, 폐플라스틱 및 이산화탄소 전환 공정에 미치는 영향이 클 것"으로 전망했습니다.

연구팀은 앞으로 연속식 공정으로 확장해 탄소중립형 바이오화학 실증에도 나설 계획입니다.

이번 연구는 국제학술지 ChemSusChem과 ACS Sustainable Chemistry & Engineering에 각각 표지 논문으로 실렸습니다. 특히 두 논문의 제1저자인 UST 소속 알리 아와드 학생연구원은 유럽 바이오매스 학회에서 우수 연구자로 선정돼 학생상을 받게 됐습니다.

TJB 대전방송