꼬시래기 등의 해조류가 항공유와 의약품의 원료로 사용될 전망이다.

한국에너지기술연구원 광주친환경에너지연구센터 민경선 박사 연구팀은 강원대와의 협력연구를 통해 해조류를 원료로 바이오항공유 전구체를 생산하는 공정을 개발했다.

이 생산 과정에서 발생하는 잔여물은 리튬이온전지의 음극 소재로도 활용된다.

해조류는 연료와 화학제품을 생산하는 바이오 리파이너리 공정에 사용돼 기존 석유 기반의 화학제품 생산을 대체할 수 있는데 특히, 최근에는 바이오항공유의 원료로 주목받고 있다.

바이오항공유를 적용하면 기존 항공유에 비해 온실가스를 최대 82%까지 줄일 수 있는데 이 때문에 친환경 바이오항공유 시장은 오는 2070년까지 전체 항공유 시장의 35%를 차지할 것으로 전망된다.

상용화된 바이오항공유 생산 공정 중 이산화탄소 감축효과가 가장 큰 방법은 바이오매스로 미생물을 발효시켜 전구체를 얻는 방식인데 전처리 과정을 거쳐 바이오매스를 발효당으로 변환하고, 발효당으로 미생물을 발효시키면 바이오항공유를 생산할 수 있는 전구체를 만들 수 있다.

하지만 전처리 과정이 복잡하고 고압의 수소를 이용한 반응도 필요하기 때문에 공정에 소요되는 비용이 큰 반면 공정을 통해 생산된 전구체의 양은 투입된 발효당의 15% 수준에 불과해 전반적인 개선이 필요한 상황이다.

이를 해결하기 위해 연구진은 미생물의 발효 없이 원스톱 효소 반응으로 전구체를 생성할 수 있는 레불린산 기반의 공정을 개발했다.

이 공정을 활용하면 간단한 전처리만으로도 해조류를 레불린산으로 변환하고, 효소 반응을 통해 기존 전구체보다 활용도가 높은 (R)-감마 발레로락톤(((R)-GVL))을 생산할 수 있다.

꼬시래기 등의 해조류는 산처리만으로 레불린산으로 전환되는데 이후 연구진이 개발한 개량 효소를 통해 전구체인 (R)-GVL을 생성한다.

바이오매스로 미생물을 발효시키는 기존 공정과 달리 효소 반응만 필요하기 때문에 같은 양의 바이오매스로도 10배나 더 많은 전구체를 생산할 수 있다.

(R)-GVL의 원형인 감마 발레로락톤은 바이오항공유 외에도 고혈압 치료제 등 바이오의약품의 중간물질로도 활용할 수 있다.

연구진이 자체 개발한 효소는 레불린산을 99.999% 이상 정확하게 (R)-GVL로 전환할 수 있는데 지금까지 (R)-GVL만 선택하는 기술이 부족해 바이오의약 분야에 적용되지 못했으나 이번 기술개발을 통해 전환점을 마련하게 됐다.

또 레불린산을 생산하고 남은 꼬시래기 잔여물은 탄화공정을 통해 리튬이차전지의 음극소재로 활용했다.

연구진은 탄화된 꼬시래기 잔여물로 이차전지 음극소재인 ‘하드카본’을 제작해 리튬이차전지에 적용하고, 용량·수명·출력 특성을 분석해 적용 가능성이 있음을 확인했다.