[한국기술뉴스] UNIST 에너지화학공학과 장지욱 교수 연구팀은 생촉매의 안정성을 향상시키는데 효과적인 3분할 리그닌 변환 장치를 개발했다. 개발된 기술은 UNIST 산학협력단을 통해 2019년 04월 16일 특허를 출원(출원번호 제1020190044227호)했다. 특허 명칭은 '3 분할 영역을 포함하는 리그닌 변환 장치 및 리그닌 변환 방법’이다. 현재 특허 등록이 완료돼 산업에서 기술을 활용할 수 있도록 기술이전을 추진할 계획이다.

[기자]

인류는 현재 석유 자원의 고갈과 지구 온난화의 문제에 직면해 있습니다. 국제적으로 화석연료를 대체하고 지구 온난화 문제를 해결하기 위한 신재생에너지에 대한 관심이 증가하고 있습니다. 특히, 옥수수 등의 식량자원이 아닌 비식용 목질계 바이오매스로부터 바이오 연료 및 바이오 화학원료를 생산하는 기술이 주목받고 있습니다.

목질계 바이오매스를 미생물 발효를 통해 바이오 연료 및 바이오 화학원료를 생산하기 위해서는 일반적으로 리그닌 변환을 위한 전처리, 당화, 미생물 발효, 대사 산물의 분리, 정제 과정을 거칩니다.

그 중 생촉매를 이용하여 리그닌을 변환하는 방식은 과산화수소의 주입이 필수적입니다. 그러나 일정 이상의 농도가 주입되었을 때는 생촉매의 안정성을 확보하기 어려워, 원하는 생성물을 연속적으로 얻을 수 없다는 문제점이 있습니다.

UNIST 장지욱, 김용환, 주상훈 교수 연구팀은 새로운 개념을 도입하여 리그닌을 필요한 화학 소재로 효과적으로 변환할 수 있는 3분할 시스템을 발명했습니다.

본 발명의 리그닌 변환 장치는 광촉매, 전기촉매, 생촉매 각각을 별도의 영역으로 구비되어 있습니다.

첫 번째 영역인 광촉매는 채워져 있는 물을 산화시켜 산소를 만들고, 발생한 전자를 두 번째 영역인 전기촉매 쪽으로 전달합니다. 전자가 전달되면 전기촉매는 산소를 환원시켜 과산화수소를 생성합니다. 이후 생성된 과산화수소는 세 번째 영역인 생촉매를 활성화시키고 리그닌을 변환합니다.

즉, 과산화수소가 내부에서 생성되기 때문에, 외부로부터 별도로 과산화수소를 주입하는 공정을 생략할 수 있습니다. 따라서 비용이 절감되고 공정 설계가 단순해지는 이점이 있습니다. 또한 리그닌의 선택적 분해가 가능해지고 고효율로 변환된 산물을 연속적으로 생산할 수 있습니다.

리그닌을 무작위적으로 분해되는 현상을 방지하고 생촉매의 안정성을 더욱 높여줌으로써, 바이오 연료나 바이오 플라스틱, 바이오 화학원료 등 석유화학산업과 바이오메디컬 분야에서 고부가가치 소재로 용이하게 활용될 것으로 기대됩니다.