국내에서 처음으로 바이오화학산업의 쌀 ‘바이오슈가’를 고부가가치 부산물과 함께 대량 생산할 수 있는 기술이 개발됐다. 한국화학연구원은 바이오화학연구센터 유주현 박사팀이 바이오슈가와 고부가가치의 부산물을 시험용 공장(파일럿 플랜트)에서 생산하는 데 성공했다고 5일 밝혔다.

바이오슈가는 억새 등 식물 바이오매스로 만든 공업용 포도당으로 바이오화학 제품의 기초 원료다. 바이오연료, 바이오플라스틱, 바이오섬유, 바이오포장재 뿐 아니라 식품, 식품첨가물, 정밀화학제품 등을 만드는 데 쓰인다.

이번에 개발한 기술은 화공약품 없이 물을 주로 사용하는 공정으로 비용이 많이 드는 정제공정이 없고 폐기물이 발생하지 않는 데다 고부가가치의 부산물도 얻을 수 있어 경제성이 높다. 현재 상용화에 성공한 기업은 미국의 아메리칸 프로세스와 영국의 코멧바이오 등 극소수에 불과한데 한국화학연구원이 이들에 이어 시험용 생산에 성공하고 상용화를 남겨두고 있는 것이다. 이로써 최근 빠른 속도로 성장하는 바이오화학시장 선점을 위한 유리한 고지에 올라섰다.

한국화학연구원 연구진은 억새풀과 팜 공과방(empty fruit bunch of oil palm) 등 식물 바이오매스로부터 바이오슈가와 고부가가치의 부산물을 생산하는 종합공정기술(KrictBiosugarⓡ Process)을 개발했다. 우선 억새풀을 잘게 부숴 곤죽을 만든 후 눌러서 짜낸다. 이 같은 습식분쇄 및 압착공정을 거쳐 첫 번째 부산물인 액상비료와 생리활성물질을 얻는다. 이후 액체와 분리된 고체만 고온·고압에서 찌면 두 번째 부산물인 자일로스와 식이섬유를 얻을 수 있다.

이어 기계적 정쇄 및 효소 가수분해 공정을 통해 포도당을 추출하고 당용액을 분리한다. 이때 세 번째 부산물인 리그닌 함유물이 고체로 얻어진다. 끝으로 당용액을 에너지 절약형 공정으로 농축하면 바이오 슈가가 나온다. 이를 통해 1일 기준으로 바이오슈가 70㎏(포도당 기준)과 고부가가치 부산물(액상비료 200L, 자일로스·식이섬유 200L, 리그닌 50㎏) 등 바이오화학제품 기초 원료를 생산할 수 있다.

단일 공정으로 바이오슈가 이외에도 다양한 고부가가치 부산물을 생산할 수 있어 현재 상용화에 성공한 외국기업보다 경제성이 높다는 설명이다. 아메리칸 프로세스는 가축 사료용 펠릿 접착제, 코멧바이오는 기능성 식용당을 생산하고 있다. 이와 같이 경제성이 높은 비결은 제조공정에서 공업용 화학물질을 거의 쓰지 않고 물만 사용하기 때문이다.

고온·고압 반응에 물만 사용하고 공정 조건을 조절하면 바이오매스의 화학적 변형은 거의 일어나지 않는다. 이에 따라 바이오매스를 성분별로 고부가가치의 부산물로 분리할 수 있다. 실제 부산물의 하나인 식이섬유는 중간제품 가격이 바이오슈가보다 50배 정도 높을 것으로 추정된다. 이에 반해 염산과 황산 등 화공약품을 사용해 바이오슈가를 제조하는 기술은 특수한 반응기 등 초기투자비가 많을 뿐만 아니라 독성물질 제거와 폐기물 처리에 비용이 많이 들게 된다.

한국화학연구원 유주현 박사는 “화공약품을 사용해 바이오슈가를 만드는 공정은 고부가가치 부산물이 거의 나오지 않아 수익성에 문제가 있을 수 있다”며 “이에 비해 우리 기술은 고부가가치 부산물 생산이 가능하고 정제 비용이 들지 않아 상용화가 가능할 것으로 확신한다”고 설명했다.

글로벌 시장 조사 업체 프로스트&설리번과 한국바이오경제연구센터에 따르면 전 세계 바이오화학 제품 시장규모는 지난 2017년 기준 약 3490억 달러로 오는 2022년에는 화학산업의 22%, 2050년에는 절반을 차지할 것으로 전망되고 있다. 바이오슈가 시장은 바이오화학 시장의 10% 이상을 차지하게 될 것으로 예상된다.

현재 한국화학연구원 연구진은 목질계 바이오매스로부터 바이오슈가를 제조하는 방법 등 27건의 등록 및 출원특허를 보유하고 있다. 이번 연구는 산업통상자원부와 한국산업기술평가관리원, 울산광역시의 지원을 받아 수행됐다.

씨스켐닷컴(2019-11-05)