기술과 솔루션
화학연, 페트병 대체 친환경 플라스틱 페프(PEF) 핵심 원료생산 기술 개발
작성자 : 취재부
2020-03-02 |
조회 : 1630
- 새로운 촉매 공정 개발 … 기존 효소 공정 대비 50% 이상 비용 절감·공정 간소화
- 촉매 분야 권위지 『ACS Catalysis(미국 화학회 촉매)』 紙 1월호 표지논문 게재
촉매로 친환경 바이오 플라스틱의 원료를 생산하는 기술이 개발됐다.
플라스틱의 대명사인 페트병을 대체할 바이오 플라스틱으로 꼽히는 페프(PEF)의 핵심 원료를 생산하는 기술로, 페프의 출발물질인 글루코스를 프럭토스로 바꾸는 촉매 공정을 만든 것이다.
기존 효소 공정과 비교해 비용을 50%나 줄이고, 공정을 두 단계에서 단일 공정으로 간소화해 바이오 플라스틱 산업 활성화에 전기가 될 전망이다.
페프(PEF)는 글루코스→프럭토스→HMF→FDCA→PEF의 전환단계를 거쳐 만든다. 글루코스는 식물에서 유래한 포도당 기반의 물질로, 풍부하고 값싸지만 직접 바이오 플라스틱 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 ‘글루코스→프럭토스’ 전환 연구에 많이 쓰였으나, 불안정한 게 문제였다. 한국화학연구원 연구진은 하이드로탈사이트와 부탄올을 결합해 이 문제를 해결했다. 화학적 안정성을 높이는 동시에 안정적으로 고수율을 확보한 것이다.
이번 연구를 주도한 한국화학연구원 황동원 박사는 “이번 기술 개발은 페프 바이오 플라스틱의 핵심 원료를 안정적으로 확보할 수 있는 기반을 마련한 것”이라며, “신규 촉매기술을 바탕으로 다양한 바이오 플라스틱 원료를 만들 수 있는 기술을 개발해 국내 바이오 플라스틱 산업 활성화에 이바지하겠다”고 말했다.
이 같은 연구성과는 촉매 분야 권위지인 ‘ACS Catalysis(IF:12.221)’ 1월호에 ‘글루코스를 프럭토스 결정으로 전환하는 고효율의 하이드로탈사이트·부탄올 촉매 시스템(Highly Efficient Hydrotalcite/1-Butanol Catalytic System for the Production of the High-Yield Fructose Crystal from Glucose’이라는 제목의 논문으로 게재됐다.
또한, 이번 연구는 한국화학연구원 주요사업과 한국연구재단의 해외 우수 신진 연구자 유치사업의 지원을 받아 수행됐다.
한국화학연구원 황동원·황영규(UST-화학연 스쿨 교원) 박사팀은 이 기술을 촉매 분야 권위지 ‘ACS Catalysis(미국 화학회 촉매)’에 발표했다. 미국 화학회는 연구의 중요성을 감안해 표지논문으로 선정했다.
