KIST, 바이오 연료 생산 효율 높이는 친환경 용매 개발

친환경 공융용매를 이용한 바이오매스로부터 바이오연료 및 바이오 화합물을 생산하는 원팟 전환 공정

바이오 매스는 태양에너지를 받아 유기물을 합성하는 식물체, 그리고 그 식물을 식량으로 하는 동물을 포함한 생물유기체를 지칭하며 화학적 에너지로 전환할 수 있는 에너지 자원을 의미한다.

2050 탄소중립을 위해 전 세계는 바이오 매스를 이용해 생산된 연료로 화석연료를 대체하기 위한 바이오 리파이너리 기술 개발에 많은 노력을 기울이고 있다. 하지만, 기존의 바이오 연료 생산 공정은 석유화학 제품인 강독성 알코올 용매가 사용되어야 했기 때문에 이로 인한 환경적·경제적 문제가 있었다.

한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진) 청정에너지연구센터 김광호 박사 연구팀은 기존의 석유화학 기반의 용매를 완전히 대체하는 한편 바이오 연료 생산 효율을 극대화시킬 수 있는 친환경 용매를 개발해 지속가능하면서도 경제성이 확보된 바이오연료 생산이 가능해졌다고 밝혔다.

KIST 연구진은 기존 용매를 완전히 대체하고, 바이오 리파이너리 과정 중 미생물이 사용되는 당화·발효 공정 등에 100% 호환되는 친환경 용매를 개발하기 위해 다양한 용매 후보군을 선정했다. 연구팀은 이들 후보군을 대상으로 핵자기공명 분광기, 계산화학 등을 이용하는 고도의 분석 방법을 통해 2종의 친환경 공융용매(두 종류나 그 이상의 성분이 수소결합으로 혼합돼 각 성분보다 낮은 녹는점을 갖는 혼합물)를 개발, 실제 공정에 적용했다. 새롭게 개발된 용매가 적용된 '원팟 전환 공정(one-pot process)'은 기존의 3-4가지의 복잡한 공정을 하나로 통합하여 고순도의 바이오 연료 및 바이오 소재 생산 효율을 극대화시킬 수 있었다. 또한, 친환경 용매가 사용된 원팟 전환 공정은 오염물질을 전혀 배출하지 않고, 세척용수의 사용도 필요없으며 용매의 재사용이 가능한 지속가능한 공정이라고 밝혔다.

KIST 김광호 박사는 “친환경 용매의 개발과 이를 이용한 바이오연료 생산 공정효율극대화로 현재 바이오 리파이너리 산업이 당면하고 있는 비경제성 문제를 극복함으로써 우리나라가 '탄소 중립 레이스(Race to Zero)'에서 선두에 서기 위한 지속가능한 기술로 발전시킬 수 있을 것”이라고 말했다.

본 연구는 과학기술정보통신부(장관 이종호) 지원으로 KIST 주요사업과 및 한국연구재단 석유대체 친환경 화학기술개발사업으로 수행되었으며, KIST 현지랩 구축사업을 통해 형성된 북미 연구 네트워크를 바탕으로 국내외 여러 연구기관(캐나다 브리티시 컬럼비아대, 미국 뉴욕주립대, 국립산림과학원, 육군사관학교 등)들과의 융·복합 연구를 통해 발표되었다. 연구결과는 에너지·환경 분야 국제학술지 'Green Chemistry' (IF: 11.034, JCR 분야 상위 3.409%) 최신호에 게재되었으며, 후면 표지로 선정되었다.

김영준기자 kyj85@etnews.com