버려지는 볏짚으로 ‘바이오 연료·친환경 플라스틱’ 만든다

[헤럴드경제=구본혁 기자] 국내 연구진이 농업폐기물을 바이오연료와 바이오플라스틱로 전환할 수 있는 신개념 공정기술 개발에 성공했다.

한국에너지기술연구원은 광주바이오에너지연구개발센터 민경선 박사 연구진이 볏짚, 옥수수속대와 같은 농업폐기물로부터 바이오연료 및 바이오플라스틱의 중간 원료인 4-하이드록시 발레르산을 생산하는 신규 효소 공정을 개발했다고 14일 밝혔다.

최근 석유 자원을 대체해 바이오매스로부터 연료와 화학 원료를 생산하는 바이오리파이너리가 주목받고 있다. 석유가 하던 역할을 바이오매스로 대체할 경우 지속 가능하며 환경오염 물질을 획기적으로 감축시킬 수 있고, 더불어 다양한 부가가치 효과를 기대할 수 있어 미래의 산업 기술로 각광받고 있다.

하지만 1세대 바이오리파이너리에서는 전분이나 포도당 류를 활용했기 때문에 ‘에너지자원 vs 식량자원’ 이슈를 피하기 어려웠고, 최근에는 비식용 바이오매스를 원료로 활용하는 연구가 집중적으로 진행되고 있다.

연구진은 구조 기반 분자 모델링 및 단백질 공학을 통해 개량된 신규 효소를 적용해 볏짚, 식용 불가능한 옥수수대와 같은 비식용성 농업폐기물을 활용해 바이오항공유, 바이오플라스틱의 중간 원료인 4-하이드록시 발레르산을 생산할 수 있는 새로운 바이오공정을 개발했다.

기존에는 농업폐기물에서 4-하이드록시 발레르산을 생산하는 공정은 루테늄 기반 화학 촉매를 사용하는 방법이 유일했으나, 이번 연구에서 최초로 효소 기반 바이오 공정을 개발했다. 4-하이드록시 발레르산은 작용기 변경, 중합과정 등을 거쳐 바이오항공유 또는 바이오플라스틱으로 전환이 가능하다.

연구진이 개발한 기술은 식량 자원에 비해 원가가 저렴하고 전 세계적으로 널리 분포하는 비식용성 바이오매스를 활용해 고부가 물질 생산과 이산화탄소 절감을 동시에 달성할 수 있는 새로운 길을 열었다. 이와 함께 이번 연구는 자연계에 존재하지 않는 효소를 구조 기반 계산 과학을 통해 개량 후 실제 농업폐기물을 원료로 하는 바이오공정에 적용했다는 점에서도 매우 큰 의미가 있다.

민경선 박사는 “성장 과정에서 광합성을 통해 이산화탄소를 흡수하기 때문에 탄소 중립형 원료로 각광받고 있는 바이오매스 중 농업폐기물을 바이오리파이너리의 중간 원료로 전환하는 효소기반 바이오 공정 개발 연구는 탄소중립 실현에 크게 기여할 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다.

이번 연구결과는 농업공학 분야 국제학술지 ‘바이오리소스 테크놀로지’ 10월호에 게재됐다.