UNIST 연구진, 광-전기-생물 융합촉매 개발

쓸모없이 버려진 나무 같이 식물 폐기물을 햇빛과 미생물로 분해해 고부가가치의 석유화학제품을 만들 수 있는 기술이 나왔다.

울산과학기술원(UNIST) 에너지및화학공학부 연구진은 폐목재에 많이 있는 ‘리그닌’이라는 물질을 태양광 에너지로 고부가가치 화합물로 바꿀 수 있는 광-전기-생물촉매 시스템, 일명 융합촉매 시스템을 개발했다고 18일 밝혔다. 이번 연구결과는 기초과학 및 공학분야 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’에 실렸다.

바이오매스는 온실가스인 이산화탄소를 대기 중에 늘리지 않으면서도 석유나 석탄, 천연가스 같은 화석연료나 석유에서 만들어 낼 수 있는 석유화합물을 대체할 수 있는 자연 탄소물질이다. 특히 리그닌은 침엽수나 활엽수 같은 나무의 구성성분 주에서 지용성 페놀 고분자로 다양한 화합물을 만들어 낼 수 있는 잠재력 있는 물질이지만 셀룰로오스 성분과 달리 규칙성이 없고 복잡한 구조 때문에 쉽게 분해할 수 없다는 문제가 있다. 리그닌을 분해하기 위해서는 효소 같은 생물촉매를 사용해야 하는데 이 때 투입되는 과산화수소의 양을 잘못 조절할 경우 촉매반응이 방해돼 분해가 어려워질 수 있다.연구팀은 태양광 에너지에서 전기를 얻고 이 전기로 과산화수소를 만든 다음 과산화수소가 리그닌을 분해하는 생물촉매를 활성화시키는 연속적 메커니즘을 갖도록 했다. 이번에 개발한 기술은 광-전기-생물촉매가 각각 나눠진 반응용기 내에서 순차적으로 반응을 일으키도록 돼 있기 때문에 반응효율을 낮출 가능성을 원천 차단했다. 특히 과산화수소는 만들어지는 즉시 생물촉매에 의해 사용되기 때문에 과산화수소 농도가 일정하게 유지돼 리그닌 분해가 안정적으로 진행될 수 있다.

연구진은 “이번 연구는 전기에너지나 시약을 추가하지 않고 태양광 에너지만으로도 리그닌을 선택적으로 전환할 수 있는 시스템을 만들었다는데 의미가 크다”라며 “친환경적 방법으로 폐목재 같은 바이오메스를 바닐린이나 바이오고분자 같은 각종 고부가가치 화학물질로 전환할 수 있다”라고 말했다.

유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr