플라스틱 ’페트’병 대신 친환경 ‘페프’병 만드는 바이오 촉매, 국내서 개발

조선비즈
  • 김태환 기자
    입력 2019.05.08 13:37

    플라스틱 문제로 전 세계가 몸살을 앓고 있는 가운데 페트(PET) 병을 석유가 아닌 생물 소재 원료로 대체하는 ‘페프(PEF)’ 개발이 한창이다. 최근 국내 국내 연구진은 이 페프 소재를 생산할 수 있는 친환경 촉매를 만들었다.

    차현길·황성연 한국화학연구원 박사 연구팀은 바이오플라스틱 페프의 원료 성분인 ‘푸란디카르복시산(2.5-FDCA)’을 만들어 내는 촉매 개발에 성공했다고 8일 밝혔다. 이 촉매를 활용하면 앞으로 우리나라도 페프를 직접 생산할 수 있다.

    키토산 기반의 지지체에 금속 입자가 결합한 촉매의 작용과정 모식도 (위), 키토산 기반 탄소 지지체의 주사전자현미경 사진 (왼쪽 아래), 키토산 유래 촉매의 온도별 2,5-FDCA 의 변환효율 (오른쪽 아래). /한국화학연구원 제공
    석유 플라스틱인 페트는 ‘에틸렌글라이콜(EG)’과 ‘고순도 테레프탈산(PTA)’을 합성해 만든다. 단단한 강도 등으로 인해 음료와 식품 포장재 등 다양한 분야에서 활용하고 있으나 1개 병이 땅 속에서 자연분해 되는 데 약 450년이 걸린다는 단점이 있다.

    반면, 페프는 100% 생물성 성분으로 만들어진 플라스틱이다. 페트에 비해 비교적 분해가 잘되고 석유를 이용해 만들지 않는다는 점에서 페트를 대체할 친환경 소재로 꼽힌다. 특히 원료 성분은 식물성 성분으로 만든 EG에 PTA 대신 생물 유래 성분인 FDCA를 사용한다.

    페프를 구성하는 FDCA는 주로 목재에서 나오는 ‘하이드록시메틸퍼퓨랄(5-HMF)’을 변환하면 얻을 수 있다. 하지만 5-HMF는 FDCA 이외에도 여러 부산물로 변환된다. 전 세계적으로 FDCA만 선택적으로 만드는 촉매를 찾는 것이 관건이다.

    화학연 연구진도 이같은 연구에 뛰어들어 FDCA 단일 변환이 가능한 분말 촉매 기술을 개발했다. 특히 연구진이 개발한 촉매는 게, 새우 등 갑각류의 껍데기에서 추출한 키토산 성분을 탄소 기반 지지체에 결합시켜 전환효율이 99%에 달하고 재사용이 가능하다.

    더구나 기존 촉매는 금이나 납을 사용해 가격이 비싸고 인체 유해성을 품고 있다. 키토산 촉매는 금속 물질의 사용량을 줄이면서도 버려지는 갑각류의 부산물을 이용할 수 있기 때문에 친환경적이다.

    차현길 박사는 "바이오매스 폐자원을 활용해 제조할 수 있는 새로운 연구 아이디어를 제시하면서도 상업화가 충분히 가능하다"면서 "친환경 플라스틱 생산을 통해 플라스틱 폐기물 저감에도 기여할 수 있을 것"이라고 했다.

    한편 이번 연구결과는 촉매화학분야 학술지 ‘미국화학회 지속가능 화학 및 엔지니어링(ACS Sustainable Chemistry&Engineering(IF:6.140))’ 2월호의 표지논문으로 소개됐다.

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