친환경 '페프' 핵심원료 촉매공정 개발, 페트병 대체 가능성↑

기존 효소공정 간소화, 비용도 50%↓

한국화학연구원 황동원·황영규 박사팀

글루코스가 프럭토스로 전환되는 반응도. 글루코스가 촉매 표면에 흡착된 후 수소결합과 탈수소 반응을 거쳐 프럭토스로 생성된다.

[대전=뉴시스] 김양수 기자 = 효소공정을 대신해 친환경 바이오플라스틱의 원료를 생산할 수 있는 화학 촉매공정이 개발됐다.

한국화학연구원은 황동원·황영규(UST-화학연 스쿨 교원) 박사팀이 페프(PEF)의 기본물질인 '글루코스'를 '프럭토스'로 바꾸는 촉매공정을 개발했다고 18일 밝혔다. 플라스틱의 대명사인 페트(PET)병을 대체할 바이오플라스틱(PEF)의 핵심 원료를 생산할 수 있는 기술이다.

페프는 글루코스→프럭토스→HMF→FDCA의 전환단계를 거쳐 만들어진다. 글루코스는 식물에서 유래한 포도당 기반의 물질로, 풍부하고 값싸지만 직접 바이오플라스틱 원료로 사용할 수 없어 글루코스에서 프럭토스로 전환하는 공정이 필요하다.

기존에는 효소공정으로 글루코스를 프럭토스로 전환했지만 비용이 높고, 프럭토스로 전환되고 남은 글루코스를 분리하기 위해 고가의 크로마토그래피 장비도 필요했다.

이번에 화학연구원이 개발한 촉매공정은 효소공정과 비교해 비용이 50%나 적게 든다. 촉매가 효소보다 저렴한 데다가 재사용할 수 있기 때문이다. 글루코스를 분리하는 크로마토그래피 공정도 필요하지 않다.

연구진은 "글루코스는 촉매 표면에 흡착된 뒤 수소결합과 탈수소 반응을 거쳐 50% 이상 프럭토스로 전환되고 이후 상온에서 글루코스와 프럭토스가 섞인 용액을 식히면 용해도가 낮은 글루코스가 결정화된다"며 "이 과정에서 글루코스 결정만 분리하면 프럭토스만 남게 된다"고 설명했다.

하이드로탈사이트·부탄올로 하이드로탈사이트는 이전에도 ‘글루코스→프럭토스’ 전환 연구에 많이 쓰였으나 불안정했다. 화학연구원 연구진은 하이드로탈사이트와 부탄올을 결합해 화학적 안정성을 높이는 동시에 안정적으로 고수율을 확보할 수 있도록 했다.

이 연구성과는 촉매 분야 국제학술지 ‘ACS 커탤리시스(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.

연구를 주도한 황동원 박사는 "페프 바이오 플라스틱의 핵심원료를 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 전했다.

◎공감언론 뉴시스 kys0505@newsis.com

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