한국에너지기술연구원이 볏짚, 옥수수속대 등 농업폐기물에서 재생 가능한 에너지를 찾아냈다.
14일 에너지연에 따르면 광주바이오에너지연구개발센터 민경선 박사 연구진이 농업폐기물로부터 바이오연료 및 바이오플라스틱의 중간 원료인 ‘4-하이드록시 발레르산’를 생산하는 신규 효소 공정을 개발하는 데 성공했다.
최근 석유 자원을 대체해 바이오매스로부터 연료와 화학 원료를 생산하는 바이오리파이너리가 주목받고 있다.
특히, 비식용 바이오매스를 원료로 활용하는 연구가 집중적으로 진행되고 있다.
이에 연구진은 볏짚, 옥수수속대와 같은 비식용성 농업폐기물을 활용해 바이오항공유, 바이오플라스틱의 중간 원료인 4-하이드록시 발레르산을 생산할 수 있는 새로운 바이오공정을 개발했다.
지금까지 농업폐기물에서 4-하이드록시 발레르산을 생산하는 공정은 루테늄 기반 화학 촉매를 사용하는 방법이 유일했다.
반면, 이번에 개발된 효소 기반 바이오 공정에서 4-하이드록시 발레르산은 작용기 변경, 중합과정 등을 거쳐 바이오항공유 또는 바이오플라스틱으로 전환이 가능하다.
레불린산을 수소화하는 효소는 자연계에 존재하지 않는다.
연구진은 레불린산과 유사한 구조를 가진 아세토아세트산을 수소화하는 효소는 자연계에 널리 존재한다는 점에 착안했다.
아세토아세트산을 수소화하는 효소의 3차원 구조를 바탕으로 분자 모델링을 통해 기질 특이성을 유사 구조인 레불린산까지 확장 적용해 레불린산을 수소화하는 신규 효소 개량 기술을 개발했다.
개발된 효소는 기존 경쟁 기술인 루테늄 기반 화학촉매에 비해 반응온도와 에너지 요구량이 낮고 고압의 외부 수소공급 없이 바이오매스 산처리 과정에서 레불린산의 부산물로 얻어지는 개미산을 통해 수소공급이 가능한 장점이 있다.
또, 기존 화학촉매와 달리 광학선택적으로 4-하이드록시 발레르산을 생산할 수 있어 수소, 전기가 대신하기 어려운 바이오항공유 뿐만 아니라 바이오플라스틱, 바이오의약품(백혈병 치료제) 시장에도 확장 적용이 가능하다.
연구책임자인 민경선 박사는 “농업폐기물을 바이오리파이너리의 중간 원료로 전환하는 효소기반 바이오 공정 개발 연구는 탄소중립 실현에 크게 기여할 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다.
한편, 이번 연구결과는 농업공학 분야 저명 학술지인 ‘바이오리소스 테크놀로지’에 이달 게재됐다.
