바이오연료 부산물 ‘리그닌’ 활용 친환경 용매 개발
[기계신문] 최근 바이오에탄올을 비롯한 바이오연료 생산 과정에 필요한 기존의 유기용매를 대체할 수 있는 친환경, 재생가능한 용매 개발에 대한 필요성이 대두되고 있다. 바이오연료를 생산하기 위해서는 리그닌을 효과적으로 제거하여 셀룰로오스 및 헤미셀룰로오스를 회수해야 하는데, 현재는 다양한 종류의 유기용매를 이용하여 바이오매스 전처리 공정에 이용하고 있다.
리그닌(Lignin)은 셀룰로오스와 함께 바이오매스를 이루는 주성분으로, 목재의 30~40%를 차지하는 고분자물질로 대부분 분해되어 폐기되거나 연료로 사용된다.
유기용매는 종류에 따라 값이 비싸고 당화/발효공정에 저해요소로 작용하며 적절히 회수/재활용되지 않으면 바이오연료 생산 단가를 향상시켜 바이오연료의 경제성 확보에 어려움을 주기도 한다. 이러한 문제점을 해결하기 위해서 기존의 유기용매가 아닌 재생가능한 재료로부터 용매를 제조하기 위한 노력이 많이 이루어지고 있다.
최근 한국과학기술연구원(KIST) 청정에너지연구센터 김광호 박사는 캐나다 밴쿠버에 있는 브리티시컬럼비아대(KIST-UBC) 현지 랩 프로그램을 통해 바이오매스(biomass) 내 존재하는 리그닌을 활용하여 바이오연료 생산에 필요한 새로운 종류의 용매, 즉 공융용매를 개발했다. 공융용매(Deep eutectic solvent)는 다양한 종류의 양이온/음이온을 포함하며 구성 물질들 간 강한 수소결합으로 형성된 용매를 말한다.
KIST 김광호 박사는 바이오연료 생산과정에서 부산물로 발생하는 리그닌을 활용하여 친환경 용매를 제조하는 데 성공하였다. 리그닌을 기반으로 하는 이 용매는 기존의 유기용매를 대신하여 바이오연료 생산 공정에 사용할 수 있다.
또한, 기존의 유기 용매 시스템을 대체할 수 있고 친환경적이며 재생이 가능하다. 공정에 필요한 물질을 공정 내에서 수급, 활용하는 ‘순환형 바이오연료 생산’을 가능하게 하여 학계의 주목을 받고 있다.
김광호 박사는 “이번 성과는 바이오연료 생산에 필요한 용매를 바이오매스에서 부산물로 발생하는 리그닌으로부터 직접 제조하는 기술을 개발한 것으로, 바이오연료·바이오화합물 생산을 위한 중요한 계기가 될 것”이라고 밝혔다.
또한 그는 “미국 에너지부(DOE) 산하의 바이오에너지 연구센터와의 협력 연구를 통해 국내 바이오연료 연구 수준을 높이고, 기후변화 및 지구온난화에 대응할 수 있는 미래 지속가능한 바이오연료 생산 기술을 개발할 것”이라고 덧붙였다.
이번 연구는 미활용되고 있는 바이매스 부산물인 리그닌을 이용하여 바이오연료 생산에 필요한 재생가능한 용매를 개발하여 이를 바이오연료 생산에 활용할 수 있음을 보여준 의미 있는 결과로서, 이러한 연구 결과를 통해 미래 지속가능한 바이오연료 생산 및 바이오화합물 개발 등 다양한 분야에서 바이오매스 유래 친환경, 재생가능한 용매로 활용 가능할 것으로 기대된다.
한편, 이번 연구는 KIST 기관고유사업으로 수행되었으며, 미국 에너지부 산하 두 바이오에너지 연구센터(Joint BioEnergy Institute, Center for Bioenergy Innovation), 뉴욕주립대 및 육군사관학교와의 공동연구로 진행되었다. 연구 결과는 미국립과학원회보 ‘Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA’ 최신호에 게재되었다.