한국생산기술연구원 저탄소전환연구부문 백자연 수석연구원과 서울대 한정우 교수, 한국기술교육대 김태용 교수 공동 연구팀은 바이오매스 기반 고부가가치 화학소재인 HMF의 생산 수율과 안정성을 대폭 개선한 새로운 촉매를 개발했다고 밝혔습니다.

HMF는 바이오매스로부터 얻은 과당이나 포도당을 촉매 반응을 통해 고부가 화학소재로 전환하기 위해 사용하는 중간물질로 연평균 9.5% 성장세를 보이며 글로벌 시장 규모는 2033년까지 25억 달러를 넘어설 것으로 전망됩니다.

연구진이 개발한 촉매는 반응 중 생성된 물을 활용해 손상된 구조를 스스로 복원하는 '수계 자기 회복 메커니즘'을 갖춰 고온에서도 장시간 활성화가 가능합니다.

실험 결과, 72시간 연속 반응에서도 기존 촉매의 전환 수율 57%에 비해 16% 높은 83%의 수율을 안정적으로 유지했습니다.

또한 포도당을 HMF로 전환하는 과정에서도 강한 산성물질 없이 균일하게 잘 섞이는 친환경 액상 촉매를 활용해 기존 촉매보다 20% 높은 83.8%의 높은 수율을 달성했습니다.

특히 반응 후 고체로 변해 99% 이상 회수할 수 있고, 정제 과정없이 5회 이상 재사용 가능한 것으로 나타났습니다.

특히 연구팀은 이번 실험을 통해 포도당이 중간물질인 '2,5-안하이드로만노스(AHM)'를 거쳐 HMF로 전환되는 새로운 반응 경로도 세계 최초로 규명했습니다.

이는 포도당을 먼저 과당으로 바꾼 뒤 다시 HMF로 전환하는 두 단계 공정을 거쳤던 기존 방식보다 효율적이며, 공정 시간과 비용 절감에도 기여할 것으로 기대됩니다.

생기원 백자연 수석연구원은 "이번 촉매 기술은 친환경적이면서도 산업적으로 활용 가능한 높은 수율을 보인다"며 "바이오 플라스틱, 윤활유 등 응용제품으로의 실증 연구와 기술 이전을 추진할 계획"이라고 밝혔습니다.

이번 연구는 환경공학 분야 국제 학술지 'Chemical Engineering Journal(2025년 3월)', 'Applied Catalysis B: Environmental and Energy(2025년 6월 온라인판)'에 각각 게재됐습니다..

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