화학연, 비식용 바이오매스 활용 FDCA 생산공정 개발…순도 99% 이상 확보
기존 식용 당 기반 공정보다 온실가스 배출량 약 60% 줄여

국내 연구진이 버려지는 목재 톱밥을 플라스틱 원료로 바꾸는 생산공정을 개선해 순도 99% 이상의 바이오플라스틱 원료를 생산하는 데 성공했다.생성형 AI로 만든 이미지

버려지는 목재 톱밥을 활용해 고순도 바이오플라스틱 원료를 생산하는 기술이 개발됐다. 

기존 식용자원 중심의 생산 방식에서 벗어나 폐목재 등 비식용 바이오매스를 활용할 수 있는 길을 넓혔다는 점에서 주목된다.

한국화학연구원은 황동원 박사 연구팀이 포항공과대학교 한지훈 교수 연구팀과 함께 목재 등 비식용 바이오매스를 플라스틱 원료인 FDCA(2,5-푸란디카복실산)로 전환하는 공정을 개발했다고 1일 밝혔다.

연구팀은 이번 기술을 통해 순도 99% 이상의 FDCA를 생산하는 데 성공했다. 공정 시뮬레이션을 바탕으로 한 전과정평가에서는 기존 식용 당 기반 생산공정보다 온실가스 배출량을 약 60% 줄일 수 있는 것으로 나타났다.

FDCA는 석유계 원료인 테레프탈산을 대체할 수 있는 화학소재다. 페트병 등에 사용되는 플라스틱을 만드는 데 활용할 수 있어 친환경 바이오플라스틱의 핵심 원료로 꼽힌다. 현재는 주로 옥수수에서 얻은 과당이나 설탕 등 식용자원을 원료로 생산한다.

목재를 FDCA로 전환하려는 연구는 이전부터 진행됐지만, 원료의 복잡한 구조와 중간물질의 불안정성이 생산 효율을 떨어뜨리는 요인으로 작용했다. 목재의 주성분인 셀룰로스는 구조가 단단해 분해하기 어렵고, 화학반응 과정에서 생성되는 중간물질도 쉽게 변질하기 때문이다.

연구 이미지. 한국화학연구원

연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 셀룰로스를 BMF와 AMF를 거쳐 FDCA로 전환하는 3단계 공정을 설계했다. BMF는 셀룰로스 등 당 성분을 FDCA로 바꾸는 과정에서 생성되는 중간물질이며, AMF는 BMF에서 만들어지는 비교적 안정한 FDCA 전구체다.

공정 개선의 핵심은 초기 단계의 고압 반응 부담을 낮추고, 중간물질을 별도로 분리하거나 정제하는 절차와 용매 교체를 최소화한 데 있다. 이를 통해 중간물질의 변질 가능성을 줄이면서 전체 생산공정의 효율을 높였다는 게 연구팀의 설명이다.

환경성 평가에서도 개선 효과가 확인됐다. FDCA 1㎏을 생산할 때 발생하는 온실가스 배출량은 이산화탄소 환산량 기준 2.77㎏으로 분석됐다. 기존 식용 당 기반 공정의 배출량인 6.91㎏과 비교하면 약 60% 적은 수준이다. 화석자원 사용량 역시 기존 공정보다 47.9% 감소한 것으로 평가됐다.

황동원 책임연구원은 "식용자원 대신 목질계 바이오매스를 활용한 플라스틱 원료 제조 단계별 공정 효율화를 달성한 성과"라며 "바이오매스를 고부가가치 화학소재로 전환하는 탄소중립의 주요 기술로 활용될 것"이라고 말했다.