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목재 바이오연료 폐기물로 석유화학원료 생산…신기술 개발

KIST 김창수 박사 "바이오에탄올·바이오디젤 부산물 고부가가치화 기대"

(서울=연합뉴스) 이주영 기자 = 국내 연구진이 바이오에탄올과 바이오디젤을 생산할 때 나오는 목재 폐기물을 이용해 석유화학산업원료를 생산하는 새로운 개념의 기술을 개발했다.

한국과학기술연구원(KIST)은 1일 청정에너지연구센터 김창수 박사가 캐나다 밴쿠버에 있는 KIST-UBC(브리티시컬럼비아대) 바이오리파이너리 현지랩 프로그램을 통해 니켈 촉매를 사용, 외부 수소 공급 없이 바이오에탄올 생산 때 나오는 목재 리그닌 부산물인 페놀과 바이오디젤 생산 부산물인 폐글리세롤로부터 석유화학산업 원료물질들을 생산하는 기술을 개발했다고 밝혔다.

KIST 청정에너지연구센터 김창수 박사
KIST 청정에너지연구센터 김창수 박사[한국과학기술연구원 제공=연합뉴스]

석유와 석탄 등 화석연료를 대체하기 위해 초본·목재를 이용해 바이오에탄올과 바이오디젤을 생산하는 연구가 활발하게 진행되고 있으나 곡물을 이용하는 것보다 생산효율이 크게 떨어질 뿐아니라 다량 발생하는 리그닌과 폐글리세롤 같은 부산물 처리도 골칫거리다.

특히 초본·목질계 바이오매스의 30~40%를 차지하는 고분자물질인 리그닌에는 페놀 등 방향족 화합물이 포함돼 있지만, 바이오에탄올 생산과정에서 분해되지 않아 활용이 어려운 부산물로 그대로 남는다.

연구진은 이 연구에서 리그닌을 분해해 얻을 수 있는 페놀과 바이오디젤 부산물인 폐글리세롤을 물과 함께 니켈 촉매로 220℃ 고온에서 반응시켜 벤젠과 사이클로헥산올, 사이클로헥사논 등 항공유와 나일론 등 제조에 이용할 수 있는 화학물질들을 생산하는 데 성공했다.

바이오연료 생산 부산물을 이용한 석유화학 원료물질 생산 과정
바이오연료 생산 부산물을 이용한 석유화학 원료물질 생산 과정목질·초본 바이오매스를 활용한 바이오에탄올 생산 부산물인 리그닌을 분해해 얻은 페놀 등 방향족 화합물과 바이오디젤 생산 부산물인 폐글리세롤 용액을 물(녹색 그림 부분)과 함께 니켈 촉매로 반응시키면 벤젠과 사이클로헥산올, 사이클로헥사논(파란색 원 내부) 등 항공유 및 나일론 원료물질을 얻을 수 있다. [한국과학기술연구원 제공=연합뉴스]

연구진은 이 연구는 서로 다른 공정인 바이오에탄올 공정과 바이오디젤 공정의 부산물을 결합, 고부가가치 화학물질을 생산하는 새 개념의 기술을 제시함으로써 기존 두 생산공정의 경제성 향상에도 기여할 수 있을 것이라고 설명했다.

그러나 이 연구가 경제성을 확보하려면 세계 어느 연구진도 극복하지 못한 큰 장애물을 넘어야 한다. 리그닌을 효율적으로 분해해 페놀계 화합물로 바꿀 수 있는 공정을 개발하는 것이 그 난제다.

김창수 박사는 "리그닌을 바이오연료나 화학산업 원료 생산에 활용하는 기술을 개발하는 것은 이 분야 연구자들의 최대 과제"라며 "초본과 목재를 바이오에탄올 공정에 사용하기 전에 먼저 리그닌을 추출하고 분해하는 방식으로 리그닌 분해 효율을 높이는 연구를 진행할 계획"이라고 말했다.

KIST는 2013년부터 캐나다 밴쿠버에 KIST-UBC 바이오리파이너리 현지랩을 설치, 석유 대체 기술 개발을 통한 기후변화 대응 기술을 연구하고 있다. KIST 기관고유사업으로 수행된 이 연구 결과는 국제학술지 '화학공학저널'(Chemical Engineering Journal)에 게재됐다.

scitech@yna.co.kr

<저작권자(c) 연합뉴스, 무단 전재-재배포 금지> 2018/08/01 12:00 송고

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