당분 '자일로스'에서 자일론산·자일리톨 동시 생산

[이데일리 강민구 기자] 한국화학연구원 연구진이 외부 수소 공급 없이 실온에서 당분인 자일로스를 자일론산과 자일리톨로 동시에 생산하는 친환경 촉매·지속가능 분리공정을 개발했다.

한국화학연구원은 황영규·김지훈·오경렬 박사 연구팀이 백금 촉매 기반 전이 수소화 반응으로 자일로스를 고부가 유기산·당알코올로 동시에 전환하는 기술을 개발했다고 29일 밝혔다.

주요 논문 기여자.(왼쪽 아래부터 시계 반대 방향으로)노유림 학생연구원, Ali Awad 학생연구원, 황영규 책임연구원, 김지훈 선임연구원, 오경렬 선임연구원.(사진=한국화학연구원)

최근 농업 폐기물 등 바이오 자원으로 화학제품을 만드는 방법이 주목받고 있다. 옥수수 심지, 자작나무 껍질 등에서 얻게 되는 ‘자일로스’라는 당분은 여러 화학제품의 중간 원료로 쓸 수 있다. 자일로스에서 ‘자일리톨, 자일론산’을 만들면, 각각 설탕 대체용 감미료·바이오플라스틱, 의약품에 활용할 수 있다.

하지만 기존 자일로스 기반 공정은 고온·고압의 환경에서 수소나 산소를 투입해 생산해 에너지가 많이 필요했다.

이에 연구팀은 자일로스를 동시에 산화(자일론산 생산)하고, 환원(자일리톨 생산)시키는 ‘전이 수소화 기반 일괄반응’ 기술을 개발했다.

연구팀은 올해 3월 논문에서 지르코니아 지지체에 백금 나노입자를 고르게 분산시킨 촉매를 선보였다. 지르코니아가 백금을 잘 붙잡는 역할을 하며 다섯 번 넘게 재사용한뒤에도 80% 이상의 높은 전환율을 유지해 일반 탄소 지지체 대비 우수한 촉매 수명을 나타냈다.

신규 촉매와 함께 상온·상압에서 물·수산화칼륨·고농도의 자일로스 용액을 반응시키면 자일론산·자일리톨을 각각 동시에 생산할 수 있다. 이 과정에서 수소 전이 효율 100%를 기록했다. 올해 4월에는 저에너지 통합 공정도 발표했다.

연구팀은 후속 연구로 연속식 시스템으로 확장시켜 탄소중립형 바이오화학공정 실증을 할 계획이다. 황영규 화학연 센터장은 “상온 바이오매스 전환 촉매 기술과 친환경 분리공정을 바탕으로 국내 미이용 바이오매스, 폐플라스틱 활용 연구가 활발해질 것”이라고 말했다.

연구 결과는 지난 3월과 4월 각각 국제 학술지 ‘켐서스켐(ChemSusChem)’과 ‘에이씨에스 서스테이너블 케미스트리앤엔지니어링(ACS Sustainable Chemistry&Engineering)’ 표지논문으로 게재됐다.