석유 대신 미생물로 페트병 원료 만든다

KAIST, 미생물 발효 공정과 화학반응으로 ‘BTEX’ 생산
시스템 대사공학 기술에 새 용매 적용..친환경 공정 구현

석유화학 산업의 핵심 연료를 석유에 의존하지 않고 친환경 바이오 원료로부터 생산할 수 있는 기술이 개발됐다.

KAIST는 이상엽 생명화학공학과 특훈교수, 한순규 화학과 교수 연구팀이 공동으로 미생물 발효 공정과 유기화학 반응을 결합해 재생 가능한 바이오 원료에서 '벤젠·톨루엔·에틸벤젠·자일렌'(BTEX)을 생산하는 공정을 개발했다고 12일 밝혔다.

BTEX는 석유화학산업에서 플라스틱, 섬유, 용매, 의약품 등 다양한 물질과 화합물을 만드는 필수 원료로, 석유 정제를 통해 생산해 왔다. 식물 기반으로 BTEX를 생산하는 시도가 있었으나, 복잡한 화학 구조로 인해 한계에 부딪혔다.

연구팀은 미생물 세포공장과 화학반응을 결합한 새로운 공정을 이용해 석유 대신 폐목재 등 바이오매스 유래의 포도당으로부터 BTEX를 생산하는 데 성공했다. 미생물이 포도당, 글리세롤을 이용해 페놀, 벤질알코올 등 산소화된 중간 물질을 만들고, 이를 화학 반응으로 산소를 제거함으로써 벤젠·톨루엔 등과 같은 BTEX를 얻는 방식이다.

이 교수가 주도해 온 미생물의 대사경로를 새로 설계하는 기술인 시스템 대사공학을 이용해 미생물의 포도당 전환 효율을 높였고, '아이소프로필 마이리스테이트'(IPM) 용매를 적용했다. 이 용매는 복잡한 정제 과정 없이 바로 반응하며, 끓는점이 높은 BTEX를 쉽게 분리·재활용할 수 있다.

한 교수는 "이번 성과는 잘 쓰이지 않던 IPM 안에서 미생물 대사공학과 화학 반응이 동시에 잘 작동하도록 한 것이 핵심"이라며 "IPM 덕분에 BTEX를 쉽게 분리하고 재활용할 수 있어 석유화학의 지속 가능한 대안이 될 수 있다"고 설명했다.

이 교수는 "BTEX 수요는 세계적으로 계속 증가하고 있다"며 "이번 성과는 석유 의존도를 낮추고, 연료·화학 산업의 탄소 발자국을 줄여 지속 가능한 원료 공급을 가능케 하는 중요한 진전"이라고 평가했다.

이 연구결과는 국제 학술지 '미국 국립과학원 회보'(PNAS) 지난 2일자에 실렸다.

이준기 기자 bongchu@dt.co.kr

한순규(왼쪽부터) 화학과 교수, 김태완 석박사통합과정, 최경록 녹색성장지속가능대학원 교수, 이상엽 생명화학공학과 특훈교수.

KAIST 제공." class="img_LSize" />