목재에서 고부가가치 물질(GVL) 제조
목재에서 고부가가치 물질(GVL) 제조
  • 함예솔
  • 승인 2018.10.24 13:30
  • 조회수 3445
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국내 연구팀이 나노 촉매를 설계해 목재에서 고부가가치 화학물질을 제조해냈습니다. 부산대학교 제정호 교수 연구팀과 한국과학기술연구원 하정명 박사 연구팀이 공동연구를 통해 목재로부터 바이오 연료를 생산할 때 버려지는 성분으로 GVL(감마발레로락톤)을 직접 제조하는 촉매를 개발했다고 합니다. 

 

목재에서 연료를 만들다. 출처: fotolia
목재에서 연료를 만들다. 출처: fotolia

목재에서 바이오에탄올과 같은 연료를 생산해 석유를 대체할 에너지원으로 활용하려는 연구가 활발히 진행되고 있습니다. 그러나 목재에서 연료로 전환할 수 있는 성분은 불과 50%에 그치며 다량의 탄소원이 폐기물로 남아 생산 효율이 매우 낮습니다.

 

발된 복합 촉매에서 GVL 전환 경로 및 분석 사진. 출처: 한국연구재단
개발된 복합 촉매에서 GVL 전환 경로 및 분석 사진. 출처: 한국연구재단

연구팀은 목재에서 바이오 연료를 생산할 때 발생하는 폐기물을 유용하게 쓸 수 있는 방법을 고안했습니다. 버려지는 성분 중 하나인 헤미셀룰로오스를 GVL로 전환해냈는데요. 헤미셀룰로오스는 바이오매스의 30%를 차지하며 현재 화학적 전환기술을 통해 고부가가치 화합물로 전환하는 기술 개발 연구가 활발히 이뤄지고 있습니다.

 

GVL은 헤미셀룰로오스로부터 제조될 수 있는 고부가가치 화합물입니다. 친환경 용매, 연료 첨가제, 바이오플라스틱 구성 물질 등으로 다양하게 활용될 수 있습니다. 하지만 생산 공정 중 탈수 반응, 수소화 반응, 개환 반응 등 다단계의 화학 반응을 거쳐야 합니다. 즉, 단위 공정수가 많고 공정 중에도 고가 귀금속 촉매 및 수소 가스를 사용해야 하기때문에 공정 효율 및 경제성이 낮다는 문제가 있었습니다. 

 

개발된 촉매에는 저가의 실리카 제오라이트, 귀금속을 대신할 지르코늄 금속이 도입돼 경제적입니다. 또한 이를 활용하면 헤미셀룰로오스를 GVL로 전환할 때의 다단계 화학 반응을 한 단계로 해결함으로써 공정 효율을 70%까지 향상시켰습니다. 

 

제정호 교수. 출처: 한국연구재단
제정호 교수. 출처: 한국연구재단

제정호 교수는 "이 촉매는 폐바이오매스 성분을 경제적‧효율적으로 고부가가치 화학물질로 전환 가능함을 보여줬다"며 "이러한 연구는 목재를 기반으로 하는 연료 및 에너지 생산 공정의 경제성을 향상시키는데 기여할 것"이라고 밝혔습니다. 이 연구는 국제 학술지 <어플라이드 카탈리시스 B: 인바이러멘탈(Applied Catalysis B: Environmental)>에 게재됐습니다.


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