갑각류 껍데기에서 얻은 물질을 활용해 친환경 바이오플라스틱(PEF)을 저비용·고효율 생산하는 촉매기술이 나왔다. 석유 플라스틱인 페트(PET) 남용이 문제가 되는 가운데 대체 신소재인 PEF 생산 경제성을 높일 수 있게 됐다.
한국화학연구원(원장 김성수)은 차현길·황성연 미래융합화학연구본부 박사팀이 PEF 주 원료인 '2,5-FDCA'를 99% 변환효율로 생산하는 저비용 촉매개발에 성공했다고 8일 밝혔다.
PEF는 식물자원을 원료로 만드는 바이오플라스틱이다. 친환경 소재면서 성능은 PET와 유사하다. 우수한 가스투과성(장벽특성)과 열적특성을 가져 탄산음료용기나 식품 포장재료에 두루 활용할 수 있다. 에틸렌글리콜과 다량체 일종인 2,5-FDCA를 합성해 만든다.
문제는 주요 원료인 2,5-FDCA를 얻는 게 쉽지 않다는 점이다. 목재 유래물질인 '5-HMF'를 금과 같은 귀금속 촉매로 반응시켜 변환하는데, 여러 부산물이 함께 나와 변환 효율이 크게 떨어졌다. 효율을 높이려면 귀금속 양을 늘려야 해 경제성이 떨어졌다.
연구팀은 새로운 촉매를 고안해 문제를 해결했다. 게나 새우와 같은 갑각류 껍데기에서 얻은 '키토산 바이오매스'로 탄소 기반 지지체를 형성하고 이 위에 귀금속 입자를 결합시켜 촉매를 만들었다.
이 촉매는 귀금속 비율을 기존대비 40% 수준으로 줄여도 110도 기준 99% 전환 효율을 보였다. 지지체가 실제 반응을 일으키는 귀금속 입자 사이 공간을 넓히는 역할을 해 효율을 극대화하는 원리다. 귀금속 입자가 촉매 반응에 받는 영향이 상대적으로 적어 10번 가량 재사용도 가능하다.
연구팀은 이 촉매 기술이 친환경성과 경제성을 모두 갖춘 기술이라고 설명했다.
차현길 박사는 “바이오매스 폐자원을 활용해 PEF 생산 촉매를 구현하는 새로운 연구 아이디어를 제시했고 상업화도 충분히 가능하다”며 “플라스틱 폐기물 저감에 기여할 수 있을 것”이라고 말했다.
대전=김영준기자 kyj85@etnews.com
