“석유 대신 포도당으로” KAIST, ‘친환경 플라스틱’ 원료 생산 성공

- 생명화학공학과 이상엽 특훈교수·화학과 한순규 교수 연구팀
- 시스템 대사공학 적용해 전구체 생산 효율 극대화, 효율 향상

한순규(앞줄 왼쪽부터) 화학과 교수, 김태완 석박사통합과정, 최경록 녹색성장지속가능대학원 교수, 이상엽 생명화학공학과 특훈교수, 조우 쉬앤(뒷줄 왼쪽부터) KAIST 생명화학공학과 박사, 루오 쯔웨이 미국 노스웨스트대 교수.[KAIST 제공]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 페트병, 스티로폼, 나일론 등 일상 곳곳에 쓰이는 BTEX(벤젠·톨루엔·에틸벤젠·파라자일렌)은 핵심 원료지만, 지금까지는 석유 정제를 통해서만 얻을 수 있었다. 국내 연구진이 석유 대신 폐목재 등 바이오매스 유래의 포도당으로부터 BTEX를 생산하는 데 성공, 차세대 친환경 플라스틱 원료로 가는 길을 열었다.

KAIST는 생명화학공학과 이상엽 특훈교수, 화학과 한순규 교수 공동 연구팀이 미생물 발효 공정과 유기화학 반응을 결합하여 포도당, 글리세롤과 같은 재생 가능한 바이오 원료에서 벤젠, 톨루엔, 에틸벤젠, 파라자일렌 등(BTEX)을 생산하는 공정을 개발했다고 12일 밝혔다.

KAIST 연구팀은 석유 정제로 인한 환경 부담과, 복잡한 화학 구조 때문에 식물 기반 BTEX 생산이 어려웠던 문제를 미생물 세포공장과 화학 반응을 융합한 새로운 공정으로 해결했다.

미생물이 포도당, 글리세롤을 이용해 페놀, 벤질알코올 등 산소화된 중간 물질을 만들고, 이를 화학 반응으로 산소를 제거하여 벤젠·톨루엔 같은 BTEX을 얻는 방식이다.

특히 이상엽 교수가 이끌어온 ‘시스템 대사공학 기술’로 미생물의 대사 경로를 새로 설계해 효율을 높였다. 여기에 연구팀은 비밀 병기인 ‘아이소프로필 마이리스테이트(IPM)’라는 특별한 용매를 사용했다.

이 용매는 복잡한 정제 과정 없이 바로 반응 가능하며 끓는점이 높아 BTEX와 쉽게 분리·재활용 가능하다. 덕분에 공정은 단순해지고 효율은 크게 올랐다.

미생물 공정과 화학적 공정을 결합한 포도당과 글리세롤로부터의 BTEX 생산 공정 요약도.[KAIST 제공]

이번에 구축한 플랫폼은 미생물 대사의 선택성과 화학 반응의 효율성을 결합해 BTEX의 재생 가능한 생산 경로를 마련했다는 점에서 의의가 크며, 앞으로는 미생물이 원료를 더 효율적으로 활용하도록 설계하고, 공정을 산업 규모로 확대하며, 친환경 촉매를 도입해 기술을 한 단계 더 발전시킬 수 있을 것으로 기대된다.

한순규 교수는 “이번 성과는 잘 쓰이지 않던 용매(IPM) 안에서 미생물 대사공학과 화학 반응이 동시에 잘 작동하도록 한 것이 핵심”이라며 “이로써 기존 촉매와 시약의 한계를 극복할 수 있었다”고 설명했다.

이상엽 특훈교수는 “BTEX 수요는 세계적으로 계속 증가하고 있다”며, “이번 성과는 석유 의존도를 낮추고, 연료·화학 산업의 탄소 발자국을 줄이며, 지속 가능한 원료 공급을 가능하게 하는 중요한 진전”이라고 평가했다.

이번 논문은 미국국립과학원(NAS)이 발행하는 ‘미국국립과학원회보(PNAS)’에 10월 2일 게재됐다.