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[IT뉴스]버려지는 톱밥서 99% 고순도 플라스틱 원료 얻는다

온카뱅크관리자

2026-11-01 14:17:26

<div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> 화학연, 셀룰로오스를 고압·정제 공정 줄인 3단계 공정 개발 3단계 전환공정 거쳐 최대 99% 고순도 페트병 원료물질 생산 
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 황동원(앞줄 왼쪽) 화학연 박사와 화학연 연구진, 포스텍 연구진. 화학연 제공.
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 버려지는 목재 톱밥을 플라스틱 원료로 바꾸는 생산 공정을 개선해 순도 99% 이상의 바이오플라스틱 원료를 생산할 수 있는 공정 기술이 개발됐다.
 기존 고압 반응·정제 과정을 줄이면서 중간물질을 순차적으로 전환하는 공정으로 친환경 페트병과 식품 포장재, 의료용 섬유 등에 활용할 수 있는 친환경 원료 생산 기반을 마련했다는 평가다.
 한국화학연구원은 황동원 박사 연구팀이 한지훈 포스텍 교수팀과 함께 비식용 바이오매스를 ‘2,5-푸란디카복실산’(FDCA)’으로 전환하는 공정을 개발했다고 1일 밝혔다.
 FDCA는 주로 옥수수에서 얻은 과당과 설탕 등을 원료로 제조한다. 석유계 플라스틱 원료인 테레프탈산(PTA)을 대체할 수 있는 바이오 기반 화학원료다.
 목재의 주성분인 셀룰로오스를 중간물질로 전환한 뒤 FDCA를 만들거나, 새로운 촉매를 적용해 전환 효율을 높여왔다.
 하지만 구조가 단단하고 분해하기 어려운 목재를 활용하기에 중간물질이 쉽게 변질돼 생산효율이 떨어지는 문제가 있다.
 일부 기존 공정에서는 고농도 염산과 염소계 용매를 사용하고 높은 압력을 견디는 밀폐설비가 필요하고, 중간물질을 분리·정제하는 과정도 거쳐야 한다.
 연구팀은 고압 반응을 줄이고, 이후 중간물질을 별도로 분리·정제하거나 용매를 교체하는 과정을 최소화해 셀룰로오스를 중간물질로 전환하는 3단계 공정을 개발했다.
 이 공정에서 셀룰로오스는 중간물질인 5-브로모메틸푸르푸랄(BMF)과 5-아세톡시메틸푸르푸랄(AMF), 2,5-푸란디카복실산(FDCA)로 순차적으로 전환됐다.
 그 결과, 셀룰로오스에서 BMF를 얻는 수율은 최대 82%에 달했고, 생산성은 기존 공정보다 3배 이상 높았다.
 실제 10ℓ 반응기에서 수율 73∼79%를 기록했고, 할로겐계 물질 사용량은 기존 염산 기반 공정보다 30배 이상 줄었다.
 다음 단계에서 BMF를 상온인 25도에서 AMF로 연속 전환했다. 1ℓ 규모 반응기에서 한 번 통과시키는 것만으로 95% 이상의 수율을 얻었다.
 최종 단계에서는 AMF를 추가 정제하지 않고 바로 산화시켜 순도 99% 이상의 FDCA를 생산했다.
 전체 공정을 감안할 때 FDCA의 총 질량 기준 수율은 셀룰로오스 기준 최대 56.8%, 목재 톱밥 기준 45.5%로 나타났다.
 이는 2022년 네덜란드 흐로닝언대 등의 셀룰로오스 기준 총 질량 수율 32.7%보다 높은 결과라고 연구팀은 설명했다.
 온실가스 배출과 화석자원 이용도 대폭 줄여 친환경 공정임을 확인했다.
 연구팀은 공정 시뮬레이션 전 과정을 평가한 결과, FDCA 1㎏ 생산 시 온실가스 배출량은 이산화탄소 환산량 기준 2.77㎏으로, 기존 식용 당 기반 공정과 비교해 6.91㎏보다 약 60% 적었다. 화석자원 사용량도 47.9% 감소했다.
 황 박사는 “식용 자원 대신 목질계 바이오매스를 활용한 플라스틱 원료 제조 단계별 공정을 효율화했다는 데 의미가 있다”며 “의류용 섬유와 각종 플라스틱 생활용품 등 바이오 기반 폴리에스터 소재 원료로 활용할 수 있을 것”이라고 말했다.
 이준기 기자 bongchu@dt.co.kr
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