곧 여름철 대표 간식인 찰옥수수의 계절이 돌아옵니다. 옥수수를 맛있게 먹은 후에 남은 옥수수속대는 쓰레기로 버려지는데요. 이를 이용해 친환경 바이오 연료를 생산할 수 있는 기술이 개발되었습니다.

한국에너지기술연구원은 18일 광주친환경에너지연구센터 민경선 박사 연구팀이 농업폐기물인 옥수수속대를 바이오 항공유의 중간물질인 ‘레불린산’으로 전환시킬 수 있는 기술을 개발했다고 발표했습니다.

레불린산(Levulinic Acid)은 셀룰로오스 분해에서 유래하는 당 성분의 산화물로 주로 바이오매스(작물, 목재, 가축 분뇨, 미생물 등으로부터 유래한 물질로 재생 가능하고 지속 가능한 자원)와 비료로부터 생산됩니다. 바이오 항공유처럼 에너지 밀도가 높은 수송용 바이오 연료나 생분해성 플라스틱의 중간 원료 등에 활용됩니다. 의약품 및 화장품에 사용되기도 합니다.

지금까지는 주로 꼬시래기, 모자반 같은 식용 해조류를 원료로 하는 레불린산 생산 연구가 주를 이루었는데요. 이번에는 목질계 바이오매스인 옥수수속대로 레불린산 생산 수율(투입량에 대한 생산량의 비율) 20%를 달성했습니다. 이로써 레불린산 원료를 다변화할 수 있는 발판이 마련된 것이죠.

민 박사팀은 옥수수속대와 같이 먹을 수 없는 농업 폐기물을 활용해 레불린산을 생산할 수 있는 산화 공정을 개발했습니다. 연구팀은 산촉매 농도, 반응 온도, 시간 등을 통계학적 방법으로 조정해서 옥수수속대에서 유래한 레불린산 생산 수율을 최적화할 수 있었다고 말합니다.

이 공정에 따르면 먼저 바이오매스를 산화시켜 레불린산을 얻은 뒤 레불린산을 수소화해 4-하이드록시 발레르산(4-HBA)을 얻고 이를 바이오 연료나 바이오 플라스틱 생산 원료로 활용합니다.

앞선 연구에서 민 박사팀은 구조 기반 계산과학을 통해 자연계에 존재하지 않는 레불린산 수소화 효소를 개발했습니다.

그리고 이번 연구에서 농업 폐기물을 포함한 다양한 목질계 바이오매스로부터 레불린산과 4-하이드록시 발레르산으로 이어지는 고부가 프로세스를 완성했는데요. 바이오매스를 레불린산으로 산화하는 과정에서 생산되는 개미산을 액상 수소 공여체로 활용하기 때문에 수소화 과정에서 외부 산소 공급이 필요하지 않아 경제적입니다.

민경선 박사는 “광합성을 통해 이산화탄소를 흡수하기 때문에 탄소 중립형 원료로 각광받는 바이오매스 중 농업 폐기물을 바이오 리파이너리의 원료로 활용되는 레불린산과 같은 중간 원료로 전환했다.”라면서 “이 산화 공정은 탄소중립 실현에 크게 기여할 수 있을 것으로 기대한다.”라고 전했습니다.

바이오 리파이너리는 기존 화석연료가 아닌 바이오매스로부터 에너지나 제품을 생산하는 기술을 이릅니다.

이번 연구 결과는 농업공학 분야 국제 학술지인 ‘바이오리소스 테크놀로지’에 게재되었습니다. (논문명: Development of bioprocess for corncob-derived levulinic acid production)