톱밥으로 플라스틱 만들다…기존 대비 생산성 3배↑

핵심 요약

• 화학연·POSTECH 연구팀이 톱밥 셀룰로오스를 플라스틱 원료로 바꾸는 3단계 공정을 개발했다
• BMF 생산 수율은 최대 82%, 생산성은 기존 공정 대비 3배 이상 개선됐다
• 연구팀은 연 1000톤 이상 생산 데모플랜트 구축을 준비 중이다

한국화학연구원 황동원 화학공정연구본부 책임연구원 연구팀이 POSTECH 한지훈 교수 연구팀과 공동으로 톱밥 주성분인 셀룰로오스를 플라스틱 원료로 전환하는 'BMF-AMF-FDCA 3단계 연계 공정'을 개발했다. 기존 방식 대비 생산성을 3배 이상 개선한 공정이다.

BMF는 톱밥 속 셀룰로오스를 화학적으로 가공한 바이오 플라스틱 원료 중간물질이고, AMF는 BMF에서 만들어지는 비교적 안정한 FDCA 전구체다. FDCA는 플라스틱 등을 만들 수 있는 바이오 기반 화학원료다. 연구결과는 국제학술지 캐미컬 엔지니어링 저널(IF 12.5) 11월 논문으로 게재됐다.

공정 개선 성과

황동원 책임연구원은 3단계 공정 개발로 BMF 생산 수율이 최대 82%에 이르고, 생산성만 따져보면 기존 공정 대비 3배 이상 개선됐다고 밝혔다. 10L 반응기에서도 수율 73~79%를 확인했으며, 할로겐계 물질 사용량은 기존 염산 기반 중간물질(CMF) 공정 대비 30분의 1로 줄었다.

연구팀은 고압 반응을 줄이고 중간물질의 별도 분리·정제나 용매 교체 과정을 최소화했다. 황산과 브로마이드염을 사용해 대기압에서도 셀룰로오스를 BMF로 전환했고, 물과 기름이 섞이지 않는 원리를 이용해 불안정한 중간물질을 기름층으로 빨리 이동시켜 걸러내는 방식으로 생산성을 높였다.

3단계 공정 개발로 BMF 생산 수율은 최대 82%에 이르고, 생산성만 따져보면 기존 공정 대비 3배이상 개선됐다

— 황동원 한국화학연구원 책임연구원

수율과 실용화 계획

이를 통해 순도 99% 이상의 FDCA를 생산했고, 전체 과정 질량 수율은 셀룰로오스 기준 최대 56.8%, 목재 톱밥 기준 45.5%를 기록했다. 2022년 네덜란드 흐로닝언대학교 등의 셀룰로오스 기준 총 질량 수율 32.7%보다 높은 수치다.

연구팀은 현재 산업부와 연계해 연 1000톤 이상 생산을 위한 데모플랜트 구축 사업을 준비 중이며, 이 사업이 완료되는 2030년 이후 실용화 가능성을 예상했다.

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