페프의 출발물질인 글루코스를 프럭토스로 바꾸는 촉매 공정
비용이 50% 줄고, 공정 간소화로 바이오플라스틱 산업활성화
새로 개발된 촉매, 하이드로탈사이트·부탄올
화학적 안전성 높이고 고수율 확보

미국 화학학회에 실린 한국화학연구원의 논문 ‘글루코스를 프럭토스 결정으로 전환하는 고효율의 하이드로탈사이트·부탄올 촉매 시스템' / 미국화학학회

플라스틱 쓰레기의 대명사 페트병을 대체할 바이오플라스틱인 페프(PEF)의 핵심 원료를 생산하는 기술이 개발됐다. 

페프의 출발물질인 글루코스를 프럭토스로 바꾸는 촉매 공정을 만들어 냈다고 18일 한국화학연구원이 밝혔다. 

한국화학연구원 황동원 황영규 박사팀은 이 기술을 촉매 분야 권위지 '미국 화학회 촉매(ACS Catalysis)'에  발효했으며 미국 화학학회는 연구의 중요성을 감안해 표지논문으로 선정했다. 

이 촉매 공정은 기존 효소 공정과 비교해 50% 비용을 줄일 수 있고, 공정을 두 단계에서 단일 공정으로 간소화해 바이오플라스틱 산업 활성화에 전기가 될 전망이다.

페프는 글루코스→프럭토스→HMF→FDCA→PEF의 전환단계를 거쳐 만들어진다. 글루코스는 식물에서 유래한 포도당 기반의 물질로 풍부하고 저렴하지만 직접 바이오플라스틱 원료로 사용할 수 없다고 한다. 

글루코스에서 프럭토스로 전환하는 공정이 필요한데 기존에는 효소 공정으로 글루코스를 프럭토스로 전환했지만 비용이 고가인 효소를 1회 사용하면 재사용할 수 없고, 전환되고 남은 글루코스를 분리하기 위해 고가의 크로마그래피 장비도 필요했다. 

계기-히드로이드가 함유된 탈지면 촉매의 과당으로의 포도당 이질성은 점박스의 수치 부탄올 용매에 세 가지 가능한 수소 전달 방법을 나타낸다./ ‘글루코스를 프럭토스 결정으로 전환하는 고효율의 하이드로탈사이트·부탄올 촉매 시스템'

이번에 연구진이 개발한 촉매 공정은 효소 공정과 비교해 비용이 반으로  줄며, 촉매가 효소보다 저렴한 데다 재사용이 가능하고 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 결정화되며 여기서 글루코스 결정만 분리하고 나면 프럭토스만 남는 다.

새로 개발된 촉매는 바로 하이드로탈사이트·부탄올이다. 하이드로탈사이트는 이전에도 글루코스가 프럭토스로 전환되는 연구에 많이 쓰였으나, 불안전한 게 문제였다고 한다. 

글루코스의 이성체화, 탈 양성자화 /‘글루코스를 프럭토스 결정으로 전환하는 고효율의 하이드로탈사이트·부탄올 촉매 시스템'

한국화학연구원 연구진은 하이드로탈사이트와 부탄올을 결합해 이 문제를 해결했는데 화학적 안전성을 높이는 동시에 안정적으로 고수율을 확보한 것이다. 

황동원 박사는 "페프 바이오 플라스틱의 핵심 원료를 안정적으로 확보할 수 있는 기반을 마련한 것이며, 신규 촉매기술을 바탕으로 다양한 바이오플라스틱 원료를 만들 수 있는 기술을 개발해 국내 바이로플라스틱 산업 활성화에 이바지 하겠다."고 말했다. 

한국화학연구원 황동원·황영규(UST-화학연 스쿨 교원) 박사팀이 개발한 바이오플라스틱 핵심 원료 생산 촉매 시스템이 촉매 분야 권위지 ‘ACS Catalysis(미국 화학회 촉매)’ 1월호 표지논문으로 선정됐다. 표지 이미지는 글루코스가 촉매 표면에 흡착된 후 프럭토스로 전환되는 반응을 표현했다.
한국화학연구원 황동원·황영규(UST-화학연 스쿨 교원) 박사팀이 개발한 바이오플라스틱 핵심 원료 생산 촉매 시스템이 촉매 분야 권위지 ‘ACS Catalysis(미국 화학회 촉매)’ 1월호 표지논문으로 선정됐다. 표지 이미지는 글루코스가 촉매 표면에 흡착된 후 프럭토스로 전환되는 반응을 표현했다./한국화학학회

 

포인트경제 박주현 기자

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