한국화학연구원은 외부 수소 공급 없이 실온에서 자일로스를 자일론산과 자일리톨로 동시 생산하는 친환경 촉매·지속가능 분리공정을 개발했다고 29일 밝혔다.

자일로스 옥수수 심지, 자작나무 껍질 등에서 얻게 되는 당으로 설탕 대체용 감미료·바이오플라스틱, 의약품 등에 광범위하게 사용된다. 그러나 기존의 자일로스 기반 공정은 일반적으로 고온·고압 조건에서 외부 수소나 산소를 투입해 생산해 에너지가 많이 필요했다.

화학연 황영규·김지훈·오경렬 박사 연구팀은 자일로스를 동시에 산화(자일론산 생산) 및 환원(자일리톨 생산)시키는 ‘전이 수소화 기반 일괄반응’ 기술을 통해 이를 해결했다.

지난 3월 지르코니아(ZrO₂) 지지체에 백금 나노입자를 고르게 분산시킨 촉매를 이용해 상온·상압에서 물·수산화칼륨·고농도의 자일로스 용액을 반응시켜 자일론산과 자일리톨을 각각 동시에 생산하는데 성공했다.

특히 이 과정에서 수소 전이 효율 100%를 기록했으며 1시간에 37.5 g/L의 자일론산과 자일리톨을 생산, 기존 촉매보다 1.58~6배 빠른 생산성을 기록했다.

연구팀은 후속 연구를 통해 연속식 시스템으로 확장하며 탄소중립형 바이오화학공정 실증에 나설 계획이다.

화학연 황영규 센터장은 “이번에 개발한 상온 바이오매스 전환 촉매 기술 및 친환경 분리공정을 바탕으로, 국내 미이용 바이오매스 및 폐플라스틱 활용 연구가 활발해질 것”이라며 “미래 탄소원인 바이오매스, 폐플라스틱 및 이산화탄소 전환 공정에 미치는 영향이 클 것”으로 전망했다.

이번 성과는 지난 3월 국제학술지 켐서스켐(ChemSusChem)과 4월 미 화학회 지속 가능한 화학 및 공학(ACS Sustainable Chemistry & Engineering)에 표지논문으로 각각 게재됐다.

김형중 기자 kimhj@ggilbo.com