▲ 에기연 연구진이 농업 폐기물 산처리 최적화 실험을 위해 소형 반응기를 운전하고 있다.

국내 연구진이 옥수수속대와 같은 농업폐기물로 바이오 항공유를 만들 수 있는 기술을 개발해 탄소중립 달성에 기여할 전망이다.

한국에너지기술연구원(원장 김종남)은 광주친환경에너지연구센터 민경선 박사 연구진이 옥수수속대와 같은 폐기물을 바이오 항공유의 중간물질인 레불린산(Levulinic Acid)으로 전환시킬 수 있는 기술을 개발했다고 18일 밝혔다. 

현재 승용차 등을 중심으로 수송부문에서 배터리를 이용한 전기화가 활발하지만 수송부문 전체 에너지 사용량의 45%를 차지하는 대형 트럭, 선박, 항공 부문은 에너지 밀도가 높은 연료가 필요하기 때문에 친환경 바이오 연료가 주목받고 있다.

특히, 바이오 항공유의 경우, 2020년에는 전체 항공유 중 약 0.01%를 차지하는데 불과했지만, 2070년에는 35% 까지 그 수요가 크게 성장할 것으로 예상되고 있다.

이를 위해 현재 레불린산을 생산하기 위해 꼬시래기, 모자반 등 식용 해조류를 원료로 사용하는 기술 개발이 진행 중이다. 민경석 박사 연구진은 이번에 목질계 바이오매스의 일종인 옥수수속대로  바이오항공유, 바이오플라스틱의 중간 원료인 레불린산을 생산할 수 있는 산화공정을 개발했다. 또한 산촉매 농도, 반응 온도, 시간 등을 통계학적 방법으로 최적화 해 옥수수속대 유래 레불린산 생산 수율 20%를 달성함으로써 레불린산 생산 원료를 다변화할 수 있다는 가능성을 제시했다.

특히, 레불린산을 수소화하는 효소 반응 과정에서 외부 수소 공급 없이, 개미산을 액상 수소 공여체로 활용 가능해, 전체 공정의 경제성 향상과 바이오매스로부터 생산된 모든 성분을 사용하는 전수 활용에 가까운 공정을 개발했다는 점에서 의미가 크다.

또한 이번 연구는 기존 당 기반 바이오리파이너리에서 부산물로 취급되었던 레불린산을 바이오연료, 바이오 플라스틱의 직접 원료로 활용하는 non-sugar 기반 바이오리파이너리라는 새로운 패러다임을 제시했다. 뿐만 아니라, non-sugar 원료인 레불린산은 수소, 전기가 대체하기 어려운 항공유, 대형차용 바이오 연료로의 중간 원료라는 점에서 의미가 크다.

연구책임자인 민경선 박사는 “성장 과정에서 광합성을 통해 이산화탄소를 흡수하기 때문에 탄소 중립형 원료로 각광받고 있는 바이오매스 중 농업폐기물을 바이오리파이너리의 원료로 활용하여, 레불린산과 같이 다양한 최종 산물로 확장 적용이 가능한 중간 원료로 전환하는 산화 공정 개발 연구는 탄소중립 실현에 크게 기여할 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다.

한편 이번 연구는 한국에너지기술연구원의 기본사업인 ‘바이오항공유 생산 수율 10배 향상을 위한 non-natural 생촉매 개발연구’ 과제의 일환으로 수행됐으며, 연구결과는 농업공학 분야 저명 학술지인 ‘바이오리소스 테크놀로지(Bioresource Technology)’에 게재됐다.