톱밥으로 플라스틱 만들다…기존 대비 생산성 3배↑

톱밥 주 성분인 셀룰로오스를 플라스틱 원료로 전환하는 새로운 공정이 개발됐다. 기존 방식 대비 생산성을 3배 이상 개선했다. 한국화학연구원은 황동원 화학공정연구본부 책임연구원 연구팀이 한지훈 POSTECH 교수 연구팀과 공동으로 'BMF-AMF-FDCA 3단계 연계 공정'을 개발했다 BMF는 톱밥속 셀룰로오스를 화학적으로 가공한 바이오 플라스틱 원료 중간물질이다. AMF는 BMF에서 만들어지는 비교적 안정한 FDCA 전구체다. 또 FDCA는 바이오 기반 화학원료다. 플라스틱 등을 만들 수 있다. 황동원 책임연구원은 "기존에는 셀룰로오스를 중간 물질로 전환한 뒤 FDCA를 만들거나, 촉매를 사용해 플라스틱을 제조했다"며 "3단계 공정 개발로 BMF 생산 수율은 최대 82%에 이르고, 생산성만 따져보면 기존 공정 대비 3배이상 개선됐다"고 말했다. 황 책임은 "10L 반응기에서도 수율 73~79%를 확인했다. 할로겐계 물질 사용량은 기존 염산 기반 중간물질(CMF) 공정 대비 30분의 1로 확 줄었다"고 설명했다. 연구팀은 고압 반응을 줄이고, 이후 중간물질을 별도로 분리·정제하거나 용매를 교체하는 과정을 최소화했다. 먼저 황산과 브로마이드염을 사용해 고압 공정 없이 대기압에서도 셀룰로오스를 BMF로 전환했다. 황 책임은 "물과 기름이 섞이지 않는 원리를 이용했다. 불안정한 중간물질이 만들어지면 기름층으로 빨리 이동시켜 걸러낸다"며 "이 같은 공정으로 생산성을 크게 끌어 올렸다"고 부연 설명했다. 연구팀은 이를 통해 순도 99% 이상의 FDCA를 생산했다. 전체 과정 질량 수율은 셀룰로오스 기준 최대 56.8%, 목재 톱밥 기준 45.5%를 기록했다. 한편 지난 2022년 네덜란드 흐로닝언대학교 등의 셀룰로오스 기준 총 질량 수율이 32.7%였다. 연구결과는 국제학술지 캐미컬 엔지니어링 저널(IF 12.5)에 11월 논문으로 게재됐다. 연구팀은 현재 산업부와 연계, 연 1000톤 이상 생산을 위한 데모플랜트 구축 사업을 준비 중이다. 이 사업이 완료되는 2030년 이후 실용화 가능성을 예상했다.