자일로스에서 '자일리톨·자일로산' 동시생산 촉매 개발

장다해 기자 / 기사승인 : 2025-06-29 12:00:02
  • -
  • +
  • 인쇄
▲(왼쪽 아래부터 시계 반대 방향으로) 1저자 노유림 화학연 학생연구원, Ali Awad 학생연구원와 교신저자 황영규 책임, 김지훈 선임 그리고 공동저자 오경렬 선임 (사진=한국화학연구원)

농업폐기물 등 바이오 자원에서 얻는 '자일로스'에서 자일리톨과 자일로산을 동시에 생산하면서 에너지 소비를 40% 이상 절감할 수 있는 촉매가 국내에서 개발됐다. 자일리톨은 설탕 대체용 감미료와 바이오플라스틱 등을 만드는 데 쓰이고, 자일로산은 의약품 원료로 쓰인다.

한국화학연구원 황영규·김지훈·오경렬 박사 연구팀은 외부 수소 공급 없이 실온에서 자일로스를 자일론산과 자일리톨로 동시 생산하는 친환경 촉매·지속가능 분리공정을 개발했다고 27일 밝혔다. 

연구팀은 백금(Pt) 촉매 기반 전이 수소화 반응을 활용해, 자일로스를 고부가 유기산·당알코올로 동시에 전환했다. 고온·고압, 외부 수소 공급 없이 실온에서 가능하고, 동시 생산된 복합 물질은 상온·상압에서 분리막을 활용해 쉽게 분리·제품화하는 통합 공정을 갖춰 에너지 효율도 높였다.

연구팀은 지르코니아(ZrO₂) 지지체에 백금 나노입자를 고르게 분산시킨 새로운 촉매를 개발했다. 지르코니아가 백금을 잘 붙잡는 역할을 하며 5회 이상 재사용 후에도 80% 이상의 높은 전환율이 유지되어, 일반적인 탄소 지지체 대비 우수한 촉매 수명을 보였다.

신규 촉매와 함께 상온·상압에서 물·수산화칼륨·고농도의 자일로스 용액을 반응시키면 자일론산·자일리톨을 각각 동시에 생산할 수 있다. 특히 이 과정에서 수소 전이 효율 100%를 기록했다. 이는 마치 요리할 때 재료에서 나온 국물을 그대로 다시 요리에 사용한 것처럼, 자일로스 분리 과정에서 나온 수소가 자일리톨을 만드는데 모두 재활용되어, 이론적으로 가장 완벽한 효율을 달성했다는 의미다.

연구팀은 자일로스를 동시에 산화(자일론산 생산) 및 환원(자일리톨 생산)시키는 '전이 수소화 기반 일괄반응' 기술을 통해 기존의 자일로스 기반 공정이 가진 문제를 해결했다. 기존 공정은 일반적으로 고온·고압 조건에서 외부 수소나 산소를 투입해 생산해 에너지가 많이 필요했다.

연구팀은 지난 4월 후속 연구를 통한 저에너지 통합 공정도 발표했다. 반응 후에는 자일론산·자일리톨·염기가 마치 건더기·국물·양념처럼 섞여 있는 혼합물이 생성된다. 연구팀은 '양극성분리막 전기투석 (BMED)' 공정을 이용해 이를 한번에 분리했고, 90% 이상 회수된 염기는 반응에 재사용할 수도 있다.

신규 촉매를 사용한 통합 반응-분리 공정은 자일론산 및 자일리톨 모두 1시간에 37.5 g/L를 만드는 빠른 생산성을 보였다. 기존 열촉매, 광촉매, 바이오촉매보다 1.5~6배 빠르다. 또한 분리·회수 통합 BMED 공정 덕분에 에너지 소비를 최대 46.4%까지 절감하였다.

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

최근 농업 폐기물 등 바이오 자원을 이용해 화학제품을 만드는 방법이 주목받고 있다. 그 중 옥수수 심지, 자작나무 껍질 등에서 얻게 되는 '자일로스'라는 당분은 여러 화학제품의 중간 원료로 쓰인다. 자일로스 원료에서 '자일리톨, 자일론산'을 만들면, 각각 설탕 대체용 감미료·바이오플라스틱, 의약품 등에 광범위하게 쓸 수 있는 것이다.

한국화학연구원 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 연구결과는 지난 3월 국제학술지 ChemSusChem(IF : 7.5)와 2025년 4월 ACS Sustainable Chemistry&Engineering(IF : 7.1)에 표지논문으로 각각 게재됐다.

Copyright @ NEWSTREE All rights reserved.

뉴스트리 SNS

  • 뉴스트리 네이버 블로그
  • 뉴스트리 네이버 포스트
  • 뉴스트리 유튜브
  • 뉴스트리 페이스북
  • 뉴스트리 인스타그램
  • 뉴스트리 트위터

핫이슈

+

Video

+

ESG

+

하나금융 '2024 지속가능경영보고서' 발간..."객관성·투명성 강화"

하나금융그룹은 2024년 ESG 활동과 성과를 담은 '2024 지속가능경영보고서'를 발간했다고 1일 밝혔다.열여덟번째로 발간한 올해 보고서에는 '함께 성장하

LG U+ '지속가능경영 보고서' 발간...AX기술과 연결 가치 비전 반영

LG유플러스가 ESG 경영실현을 위한 노력을 담은 '2024 지속가능경영보고서'를 발간했다고 1일 밝혔다. 열세번째로 발간한 올해 보고서는 국제 지속가능경

KT, 20번째 ESG보고서 발간…"AICT 기반 ESG 전략 구체화"

KT가 인공지능(AI) 기반 ESG 실천 성과와 향후 전략을 담은 '2025년 KT ESG보고서'를 1일 발간했다. 올해로 20번째인 이번 보고서는 'AICT(인공지능과 정보통신

우리금융 '지속가능경영보고서' 발간...SBTi 인증 탄소감축 목표 달성 공시

우리금융그룹이 지난해 지속가능경영 성과를 담은 '2024 지속가능경영보고서'를 30일 발간했다. 이번 보고서는 투자자 등 이해관계자의 요구사항을 반

LG에너지솔루션 'ESG 리포트 2024' 발간..."협력사도 탄소관리"

LG에너지솔루션이 2024년 한 해 동안의 ESG 경영 활동 및 성과를 담은 'ESG 리포트'를 발간했다고 30일 밝혔다.이번 리포트에는 △탄소 네거티브 전략 △협

구글 '스코프3 배출량 억제 어려워"...공급망 배출량 1년새 22% 증가

인공지능(AI)의 전력 수요가 급증하면서 구글의 탄소배출량이 전년 대비 11%, 2019년 이후 51% 증가했다.구글은 에너지 수요가 증가하면서 전력소비량이

기후/환경

+

열돔이 갇힌 유럽과 미국...40℃ 넘는 '극한폭염' 덮쳤다

올여름 북반구 대부분의 나라들이 기록적인 폭염에 시달리고 있다. 유럽의 낮기온은 40℃까지 치솟고 있고, 미국은 열흘 넘게 '열돔'에 갇혀있다. 우리

기후변화영향평가 제도 시행 3년..."사각지대 개선해야"

'기후변화영향평가'가 시행 3년차에 접어들지만 평가범위가 제한적이고 권고수준에 머무르면서 실효성이 없어 이를 개선할 필요가 있다는 목소리가

에펠탑이 20cm 휘어진다고?...철구조물은 폭염에 약해

폭염으로 프랑스 파리의 상징물인 에펠탑이 약 20㎝가량 휘어질 수 있다.30일(현지시간) 일간 르파리지앵에 따르면 에펠탑은 철골 구조물로, 철강은 열

구글 '스코프3 배출량 억제 어려워"...공급망 배출량 1년새 22% 증가

인공지능(AI)의 전력 수요가 급증하면서 구글의 탄소배출량이 전년 대비 11%, 2019년 이후 51% 증가했다.구글은 에너지 수요가 증가하면서 전력소비량이

지난해 한반도 이산화탄소 농도 관측 이래 '최고치'

지난해 한반도 이산화탄소 배경농도가 관측 이래 최고치를 기록했다.기상청 국립기상과학원이 30일 발간한 '2024 지구대기감시보고서'에 따르면 2024년

강릉 가시연습지·경포호, 7월 '이달의 생태관광지' 선정

환경부가 7월 '이달의 생태관광지'로 강원특별자치도 강릉시에 위치한 '강릉 가시연습지·경포호'를 선정했다고 30일 밝혔다.강릉 가시연습지·

에너지

+

순환경제

+

오피니언

+