톱밥으로 플라스틱 원료 생산…화학연, 생산성 3배 공정 개발

한국화학연구원이 톱밥의 주성분인 셀룰로오스를 플라스틱 원료로 전환하는 새 공정을 개발했습니다. 기존 방식보다 생산성이 3배 이상 개선됐다고 밝혔습니다.

이번 연구는 화학연 화학공정연구본부 황동원 책임연구원팀과 한지훈 POSTECH 교수팀이 공동으로 진행했습니다. 연구팀은 'BMF-AMF-FDCA 3단계 연계 공정'을 내놨습니다. BMF는 셀룰로오스를 화학적으로 가공한 바이오 플라스틱 원료 중간물질이고, AMF는 BMF에서 만들어지는 비교적 안정한 FDCA 전구체입니다. FDCA는 플라스틱 등을 만들 수 있는 바이오 기반 화학원료입니다.

대기압 반응과 기름층 분리

연구팀은 고압 반응을 줄이고 중간물질의 분리·정제나 용매 교체 과정을 최소화했습니다. 황산과 브롬화염을 사용해 고압 공정 없이 대기압에서 셀룰로오스를 BMF로 바꿨습니다. 황 책임연구원은 물과 기름이 섞이지 않는 원리를 이용해 불안정한 중간물질을 기름층으로 빨리 옮겨 걸러냈다고 설명했습니다.

BMF 생산 수율은 최대 82%이며, 10L 반응기에서도 73~79%를 확인했습니다. 할로겐계 물질 사용량은 기존 염산 기반 중간물질(CMF) 공정의 30분의 1로 줄었습니다.

순도 99% 이상, 2030년 이후 실용화 전망

연구팀은 순도 99% 이상의 FDCA를 생산했습니다. 전체 공정 질량 수율은 셀룰로오스 기준 최대 56.8%, 목재 톱밥 기준 45.5%입니다. 2022년 네덜란드 흐로닝언대 등이 보고한 셀룰로오스 기준 총 질량 수율은 32.7%였습니다.

연구 결과는 국제학술지 케미컬 엔지니어링 저널(IF 12.5) 11월호에 실렸습니다. 연구팀은 산업부와 연계해 연 1000톤 이상을 생산할 수 있는 데모플랜트 구축 사업을 준비하고 있으며, 사업이 끝나는 2030년 이후 실용화가 가능할 것으로 내다봤습니다.