해조류 `꼬시래기`의 무한 변신…바이오항공유·이차전지·고혈압치료제까지

에기연, 바이오항공유 전구체 생산공정 개발
미생물 발효 없이 효소반응으로 전구체 생산 확대

한국에너지기술연구원은 해조류인 꼬시래기를 이용해 바이오항공유의 중간물질을 효과적으로 생산하는 공정을 개발했다. 에기연 제공

민경선 박사(왼쪽 네번째)와 에기연 연구팀.

바다의 국수로 불리는 '꼬시래기'를 이용해 바이오항공유 중간물질과 리튬이차전지의 음극 소재 등으로 활용할 수 있는 공정기술이 개발됐다.

한국에너지기술연구원은 민경선 광주친환경에너지연구센터 박사 연구팀은 강원대와 함께 해조류를 원료로 바이오항공유의 전구체를 생산하는 공정을 개발했다고 25일 밝혔다.

전구체는 화학반응 등에서 원하는 구조의 물질이 되기 전 단계의 물질을 뜻한다. 해양 바이오매스인 해조류는 연료와 화학제품을 생산하는 바이오리파이너리 공정에 사용할 수 있어 기존 석유 기반의 화학제품 생산을 대체할 수 있다.

최근에는 바이오항공유의 원료로 주목받고 있는 데 기존 항공유에 비해 온실가스를 최대 82%까지 줄일 수 있어 해조류를 원료로 한 생산 공정 개발을 위한 연구가 활발하다. 상용화된 바이오항공유 생산 공정은 바이오매스로 미생물을 발효시켜 전구체를 얻는 방식으로, 전처리 과정을 거쳐 바이오매스를 발효당으로 변환한 뒤, 발효당으로 미생물을 발효시키면 바이오항공유를 생산할 수 있는 전구체를 얻을 수 있다.

하지만 전처리 과정이 복잡하고 고압의 수소를 이용하는 등 공정에 많은 비용이 들 뿐 아니라, 전구체 양도 투입된 발효당의 15% 밖에 얻지 못해 경제성이 떨어진다.

연구팀은 해조류인 꼬시래기를 이용해 미생물 발효 과정 없이 원스톱 효소 반응으로 전구체를 생산할 수 있는 레불린산 기반의 공정을 개발했다. 이 공정을 이용하면 간단한 전처리만으로 해조류를 레불린산으로 변환하고, 효소 반응을 통해 기존 전구체보다 활용도가 높은 감마 발레로락톤을 생산할 수 있다.

기존 공정과 비교해 같은 양의 바이오매스로 10배 더 많은 전구체를 생산할 수 있다고 연구팀은 설명했다. 감마 발레로락톤은 바이오항공유 외에 고혈압 치료제 등 바이오의약품의 중간물질로도 활용할 수 있다. 고혈압치료제로 활용하기 위해선 R형과 S형가 혼합된 광학이성질체에서 R형만 선택으로 생성해야 하는데, 연구팀이 개발한 효소는 레불린산을 99.999% 이상 정확하게 R형으로 전환할 수 있어 바이오의약 분야에 적용할 수 있다.

레불린산을 생산하고 남은 꼬시래기 잔여물은 탄화 공정을 통해 리튬 이차전지의 음극 소재로 활용할 수 있다.

민경선 에기연 박사는 "해조류로부터 다양한 산업분야에 응용 가능한 물질을 생산하는 공정 개발과 함께 잔여 바이오매스까지 전극 소재로 활용할 수 있어 탄소중립 실현에 기여할 것으로 기대한다"고 말했다.

이 연구결과는 화학공학 분야 국제 학술지 '케미컬 엔지니어링 저널'에 게재됐다.이준기기자 bongchu@dt.co.kr