전체기사 최신뉴스 GAM
KYD 디데이
산업 화학

속보

더보기

버려진 목재로 고부가가치 화학물질 제조 '융합촉매' 기술개발

기사입력 : 2019년11월18일 17:14

최종수정 : 2019년11월18일 17:14

UNIST, 바이오매스 변환 촉매 시스템 개발
태양광·전기·생물촉매 활용 '리그닌' 분해

[서울=뉴스핌] 김영섭 기자 = 버려진 목재를 비롯한 식물 폐기물을 효과적으로 분해한 뒤 고부가가치 물질로 바꿀 수 있는 '융합촉매 시스템'이 개발됐다. 석유화학제품의 원료를 뽑아낼 새로운 친환경 기술로 주목받는다.

UNIST(울산과학기술원) 에너지 및 화학공학부의 장지욱·김용환·주상훈 교수팀은 폐목재 등에 많이 함유된 '리그닌(lignin)'을 태양광 에너지를 이용해 고부가가치 화합물로 바꿀 '광·전기·생물촉매 시스템(융합촉매 시스템)'을 개발했다고 18일 밝혔다.

연구결과((논문명 "Unassisted solar lignin valorisation using a compartmented photo-electro-biochemical cell")는 '네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)' 이달 12일자 최신호에 게재됐다.

이번 연구는 세 가지 촉매가 서로 연결돼 작동하면서 추가 전압이나 시약 없이도 리그닌을 연속적으로 분해한다는 게 큰 장점이다. 태양광 에너지에서 전기를 얻고(광촉매), 이 전기로 과산화수소를 생산하며(전기촉매), 과산화수소가 리그닌을 분해하는 생물촉매를 활성화 시키는 원리이다.

[서울=뉴스핌] 김영섭 기자 = 리그닌 해중합을 위한 광촉매, 전기촉매, 생물촉매 복합화 3분할 시스템 모식도: 가장 왼쪽에 있는 광촉매가 태양광 에너지를 받아 정공(h+)과 전자(e-)를 생성한다. 이때 광촉매 표면으로 이동한 정공(h+)이 물을 산화시켜 산소를 발생시키며, 전자(e-)는 중간에 있는 전기촉매로 이동해 산소를 환원시켜 과산화수소를 생성한다. 생성된 과산화수소는 셀룰로오스 막을 투과해 가장 오른쪽에 있는 생물촉매를 활성화킨다. 활성화된 생물촉매는 리그닌을 해중합해 고부가가치 화합물로 변환한다. 광촉매, 전기촉매, 생물촉매에 의한 각 반응은 나피온(Nafion) 막과 셀룰로오스(Cellulose) 막으로 분리된 독립적인 공간에서 일어난다. [그림=UNIST]  2019.11.18 kimys@newspim.com

리그닌(lignin)은 침엽수나 활엽수 등의 목질부를 구성하는 다양한 구성성분 중에서 지용성 페놀 고분자를 의미한다. 방향족을 단위체로 가지며, 셀룰로오스(Cellulose)와 달리 규칙성이 없고 복잡한 구조를 가져 쉽게 분해할 수 없다.

리그닌을 비롯한 바이오매스(Biomass)는 대기 중 이산화탄소(CO₂)를 늘리지 않으면서도 화석연료나 석유 화합물을 대체할 수 있는, 자연에서 가장 풍부한 탄소 물질이다.

특히 리그닌은 고부가가치의 유기 화합물을 생산할 원료로 주목받지만, 구조가 매우 복잡하고 불규칙해 분해와 변환이 까다롭다. 리그닌 분해에는 효소 같은 생물촉매를 써야 하는데 이 경우 일정한 농도의 과산화수소가 중요하다. 과산화수소는 생물촉매를 활성화하기 때문에 반드시 투입해야 하지만, 너무 많으면 오히려 촉매반응을 방해하기 때문이다.

이에 연구진은 리그닌 분해와 변환에 뒤따르는 문제를 세 가지 촉매를 융합해 해결했다. 태양광을 받아 전기를 만드는 '광촉매'와 전기를 받아 과산화수소를 합성하는 '전기촉매', 과산화수소를 이용해 리그닌을 분해하는 '생물촉매(효소)'를 연결한 것이다.

세 가지 촉매는 중간막으로 분리된 3분할 반응기 내에서 순차적 반응을 일으켜 최종적으로 리그닌을 분해한다. 특히, 위 분할 시스템에서는 중간막이 생물촉매를 반응 저해요소로부터 완벽하게 보호한다. 또 과산화수소는 만들어지는 족족 생물촉매에 의해 사용되므로 과산화수소 농도가 일정하게 유지돼 리그닌 분해가 안정적으로 진행된다.

장지욱 교수는 "추가 전압이나 시약 없이 태양광 에너지만 이용해 리그닌을 선택적으로 전환할 수 있는 시스템을 최초로 선보였다"며 "이 시스템을 통해 리그닌을 바닐린(Vanilin, C₈H₈O₃)이나 바이오 고분자 등 각종 화학제품에 필요한 고부가가치 화학물질로 바꿀 수 있다"고 설명했다.

김용환 교수는 "이번 연구를 통해 친환경적인 방법으로 폐목재 같은 바이오매스를 방향족 석유화학제품으로 전환할 새로운 가능성을 제시했다는 점에서 그 의의가 크다"고 강조했다.

kimys@newspim.com

[뉴스핌 베스트 기사]

사진
온열질환 사망자 전년 대비 2배 증가 [서울=뉴스핌] 조민교 기자 = 찜통더위가 이어지면서 올여름 온열질환자 수가 작년 대비 급증했다. 온열질환 추정 사망자는 최근 2명이 추가돼 현재까지 7명으로 집계됐다. 7일 질병관리청의 온열질환 응급실감시체계 신고 현황에 따르면 지난 6일 59명이 온열질환으로 응급실에 내원했다. 이중 2명은 온열질환으로 인해 사망했다. 질병청이 지난 5월 15일부터 전국 의료기관 517곳 응급실을 대상으로 온열질환 감시체계를 가동한 이래 전날까지 누적 온열질환자는 모두 875명이다. [서울=뉴스핌] 김학선 기자 = 서울 전역에 올해 첫 폭염주의보가 발효된 30일 오후 서울 성동구 마장역 인근에서 시민들이 무더위에 힘겨워하고 있다. 2025.06.30 yooksa@newspim.com 지난해 같은 기간(5월 20일~7월 6일)과 비교하면 온열질환자는 469명에서 859명으로 83.2% 증가했다. 올해 온열질환 추정 사망자는 모두 7명으로, 작년 같은 기간(3명)과 비교해 2배 이상 늘어났다. 현재까지 발생한 온열질환자의 76.5%는 남성이었으며 여성은 23.5%였다. 연령별로는 60대가 19.5%로 가장 많았으며 이어 50대, 40대, 30대, 80세 이상, 70대, 20대 순이었다. 65세 이상 고령층이 전체 온열질환자의 33.3%를 차지했다. 직업별로는 단순 노무 종사자(21.0%), 무직(12.0%), 농림어업 숙련 종사자(10.4%)가 많았다. 발생 시간을 보면 오후 4~5시(12.2%), 오후 3~4시(11.5%), 오후 1~2시(9.5%), 오전 10~11시 (9.0%) 등으로 나타났다. 실외 발생이 81.4%였으며 작업장 25.6%, 논밭 16.6%, 길가 14.1% 등이었다. 온열질환은 열로 인해 발생하는 급성질환으로 통상 두통, 어지러움, 근육경련, 피로감 등의 증상을 동반한다. 제때 조치하지 않으면 의식 저하가 나타나면서 자칫 생명이 위태로울 수도 있다. 흔히 일사병으로 불리는 열탈진과 열사병이 대표적이다. 평소 온열질환을 예방하려면 한낮에는 가급적 외출과 야외활동을 삼가고, 갈증을 느끼지 않더라도 물을 자주 마시면서 체내 수분을 적절히 공급해 주는 게 좋다. mkyo@newspim.com 2025-07-07 20:26
사진
삼성전자, 2Q 영업익 56% 뒷걸음 [서울=뉴스핌] 서영욱 기자 = 삼성전자가 전년 동기 대비 절반 이상 하락한 2분기 잠정 영업 실적을 내놨다. 삼성전자가 8일 올해 2분기 잠정 실적을 공시하고 매출 74조원, 영업이익은 4조6000억원을 달성했다고 밝혔다. 전 분기 보다 매출은 6.5%, 영업이익은 31% 줄었다. 작년 동기 대비 매출은 비슷했지만, 영업이익은 56% 가까이 내려앉았다. 서울 서초구 삼성전자 서초사옥 전경 [사진=뉴스핌DB] 이번 잠정치는 한국채택 국제회계기준(IFRS)에 따라 추정한 수치다. 결산을 마치기 전 투자자들의 편의를 위해 먼저 공개한 것이다. 삼성전자는 2009년 7월 국내 기업 처음으로 분기 실적 예상치를 내놨다. 2010년 IFRS를 먼저 적용해 글로벌 기준에 맞춘 정보 제공을 이어가며 투자자들이 보다 정확히 실적을 가늠하고 기업 가치를 판단할 수 있도록 하고 있다. 삼성전자는 이번에도 주주와 소통을 꾀한다. 실적발표 콘퍼런스콜에서 사전에 받은 질문을 중심으로 관심 높은 사안에 답할 계획이다. syu@newspim.com 2025-07-08 07:52
안다쇼핑
Top으로 이동