[서울=뉴스핌] 김영섭 기자 = 최근 전 세계적으로 지구온난화에 대응하며 동시에 석유자원을 대체할 수 있는 유일한 대안으로 목재 폐기물 같은 비식용 생물연료(바이오매스·biomass)가 꼽힌다. 하지만 비식용 생물연료에서 유래한 바이오에탄올과 바이오디젤은 경제성이 낮아 한계를 보이는 상황이다.

최근 국내 연구진이 쉽게 구하는 목재 폐기물을 활용해 항공유나 나일론 등 석유화학산업 생산물의 원료 물질을 생산해 낼 수 있는 새로운 기술을 개발하는 데 성공했다.

1일 한국과학기술연구원(KIST·원장 이병권)에 따르면 KIST 청정에너지연구센터 김창수 박사는 캐나다 밴쿠버 소재 'KIST-UBC(University of British Columbia) 바이오 리파이너리(Bio-refinery)' 현지랩 프로그램을 통해 UBC 교수진과 공동연구에서 이런 기술을 개발했다.

연구진은 귀금속이 아닌 니켈 촉매를 사용해 외부 수소의 공급 없이 두 개의 서로 다른 공정의 부산물인 ‘리그닌’과 폐글리세롤 용액으로부터 석유화학산업의 원료물질을 생산해 낼 수 있는 새로운 기술의 개념을 제시했다. 

‘리그닌’은 목재의 30∼40%를 차지하는 고분자물질로 대부분 분해해 폐기되거나 연료로 사용된다.

(그림) 비식용 바이오매스(목질, 초본) 활용 에탄올 생산 부산물인 리그닌 유래 방향족 화합물 (페놀)과 바이오 디젤 생산 부산물인 폐글리세롤 용액의 Raney Ni® 촉매 상의 동시반응을 통해 항공유 및 나일론 원료물질 생산

이번 연구성과(논문명 'In-situ glycerol aqueous phase reforming and phenol hydrogenation over Raney Ni®')는 저명학술지 화학공학저널(Chemical Engineering Journal) 최신호에 실렸다. 

이번에 개발한 기술은 니켈 촉매 상에서 동시반응을 통해 항공유(Aviation Fuel) 및 나일론 생산원료 화학물질을 생산할 수 있다.

연구진은 고가의 귀금속 촉매 대신에 니켈 촉매를 사용해 높은 경제성을 확보했다.

또한 이 기술은 고도화 과정에서 필수적으로 소요되는 외부 수소의 공급이 필요하지 않은데, 고도화 공정 중에 발생하는 높은 반응열을 글리세롤의 액상개질(수소생산) 반응에 이용해 문제를 해결했다.

이번 연구는 KIST 청정에너지연구센터의 바이오에탄올, 바이오디젤 연구경험을 기반으로 KIST-UBC 바이오리파이너리 현지랩에서 두 공정 부산물을 결합해 항공유 및 석유화학물질을 생산하는 기술의 개념을 제시하고 증명한 결과다.

KIST 청정에너지연구센터 김창수 박사 [사진=KIST]

이번 연구는 서로 다른 두 개체의 조합을 통한 새로운 대안의 방향제시라는 측면에서 더 큰 의미를 갖는다.

기술적으로는 촉매 상에서 두 개의 서로 다른 부산물을 활용한 고부가가치 산물 생산이 가능해졌다.

협력연구의 측면에서는 현지랩을 통한 KIST와 UBC의 공동 노력의 결과물로 국제협력의 새로운 모델을 제시했다.

연구진은 이번 기술의 개발을 통해 기존의 비식용 생물연료에 유래한 바이오에탄올 산업과 바이오 디젤 산업의 경제성 향상에 도움이 될 것으로 전망한다.

KIST는 2013년부터 밴쿠버에 현지랩을 설치해 석유 대체 기술개발을 통한 기후변화 대응 및 지속가능한 성장 가능성을 제시하는 기술을 연구해오고 있다.

kimys@newspim.com