신규 촉매 표면에서 글루코스가 프럭토스로 전환되는 반응.(한국화학연구원 제공)© 뉴스1

국내 연구진이 페트병을 대체할 친환경 플라스틱 ‘페프(PEF)’ 핵심 원료 생산 기술을 개발했다.

한국화학연구원은 황동원·황영규(UST-화학연 스쿨 교원) 박사팀이 페프의 출발물질인 글루코스를 프럭토스로 바꾸는 촉매 공정을 개발했다고 18일 밝혔다.기존 효소 공정과 비교해 비용을 50% 줄이고, 공정을 두 단계에서 단일 공정으로 간소화해 바이오플라스틱 산업 활성화에 전기가 될 전망이다.

페프(PEF)는 글루코스→프럭토스→HMF→FDCA→PEF의 전환단계를 거쳐 만든다. 글루코스는 식물에서 유래한 포도당 기반의 물질로, 풍부하고 값싸지만 직접 바이오플라스틱 원료로 사용할 수 없다.

때문에 글루코스에서 프럭토스로 전환하는 공정이 필요하다.기존에는 효소 공정으로 글루코스를 프럭토스로 전환했다. 하지만 고가의 효소를 1회 사용하면 재사용할 수 없기 때문 비용이 만만치 않았다.

또 프럭토스로 전환되고 남은 글루코스를 분리하기 위해 고가의 크로마토그래피 장비도 필요하다.

이에 연구진이 개발한 촉매 공정은 효소 공정과 비교해 비용이 50%나 적게 든다. 촉매가 효소보다 저렴한 데다, 재사용할 수 있기 때문이다.

또 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 결정화된다. 여기에 글루코스 결정만 분리하면 프럭토스만 남게 된다.

황동원 박사는 “페프 바이오 플라스틱의 핵심 원료를 안정적으로 확보할 수 있는 기반을 마련했다”며, “신규 촉매기술을 바탕으로 다양한 바이오플라스틱 원료를 만들 수 있는 기술을 개발해 국내 바이오플라스틱 산업 활성화에 이바지하겠다”고 말했다.

이번 연구는 한국화학연구원 주요사업과 한국연구재단의 해외 우수 신진 연구자 유치사업의 지원을 받아 수행됐다.

이번 연구 성과는 촉매 분야 권위지인 'ACS 카탈리시스'(ACS Catalysis)' 1월호에 실렸다.


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