석유 아닌 폐목재 이용해 페트병, 스티로폼 만든다

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정종오 기자 입력 2025.10.12 12:00

KAIST 연구팀, 지속 가능 바이오 생산 공정으로 석유화학 산업 대체 가능성 제시

[아이뉴스24 정종오 기자] 페트병, 스티로폼, 나일론 등 일상 곳곳에 쓰이는 BTEX(벤젠·톨루엔·에틸벤젠·파라자일렌)은 핵심 원료이다. 지금까지는 석유 정제를 통해서만 얻을 수 있었다.

식물 기반 생산 시도는 오랫동안 난제로 남아 있었다. 함국과학기술원(KAIST) 연구팀이 석유 대신 폐목재 등 바이오매스 유래의 포도당으로부터 BTEX를 생산하는 데 성공했다. 차세대 친환경 플라스틱 원료로 가는 길을 열었다.

KAIST(총장 이광형)는 생명화학공학과 이상엽 특훈교수, 화학과 한순규 교수 공동 연구팀이 미생물 발효 공정과 유기화학 반응을 결합해 포도당, 글리세롤과 같은 재생 가능한 바이오 원료에서 벤젠, 톨루엔, 에틸벤젠, 파라자일렌 등(BTEX)을 생산하는 공정을 개발했다고 12일 발표했다.

KAIST 연구팀은 석유 정제로 인한 환경 부담과 복잡한 화학 구조 때문에 식물 기반 BTEX 생산이 어려웠던 문제를 미생물 세포공장과 화학 반응을 융합한 새로운 공정으로 해결했다.

미생물이 포도당을, 글리세롤을 이용해 페놀·벤질알코올 등 산소화된 중간 물질을 만들고 이를 화학 반응으로 산소를 제거해 벤젠·톨루엔 같은 BTEX을 얻는 방식이다.

이상엽 교수가 이끌어온 ‘시스템 대사공학 기술’로 미생물의 대사 경로를 새로 설계해 효율을 높였다. 여기에 연구팀은 비밀 병기인 ‘아이소프로필 마이리스테이트(IPM)’라는 특별한 용매를 사용했다.

이 용매는 복잡한 정제 과정 없이 바로 반응 가능하며 끓는점이 높아 BTEX와 쉽게 분리·재활용 가능하다. 공정은 단순해지고 효율은 크게 올랐다.

이번에 구축한 플랫폼은 미생물 대사의 선택성과 화학 반응의 효율성을 결합해 BTEX의 재생 가능한 생산 경로를 마련했다는 점에서 의의가 크다고 연구팀은 설명했다.

앞으로는 미생물이 원료를 더 효율적으로 활용하도록 설계하고 공정을 산업 규모로 확대할 계획이다. 친환경 촉매를 도입해 기술을 한 단계 더 발전시킬 수 있을 것으로 기대된다.

KAIST 녹색성장지속가능대학원 최경록 교수(공동저자)는 “이번 연구는 단순한 BTEX 생산을 넘어 미생물과 화학 반응을 한 과정에서 통합할 수 있는 새로운 체계를 제시했다”며 “끓는점이 높은 IPM 덕분에 BTEX를 쉽게 분리하고 재활용할 수 있어 석유화학의 지속 가능한 대안이 될 수 있다”고 강조했다.

공동 교신저자인 한순규 교수(공동교신저자)는 “이번 성과는 잘 쓰이지 않던 용매(IPM) 안에서 미생물 대사공학과 화학 반응이 동시에 잘 작동하도록 한 것이 핵심”이라며 “기존 촉매와 시약의 한계를 극복할 수 있었다”고 설명했다.

이상엽 특훈교수(교신저자)는 “BTEX 수요는 세계적으로 계속 증가하고 있다”며 “이번 성과는 석유 의존도를 낮추고 연료·화학 산업의 탄소 발자국을 줄이며 지속 가능한 원료 공급을 가능하게 하는 중요한 진전”이라고 평가했다.

이번 논문(논문명 : Chemobiological synthesis of benzene, toluene, ethylbenzene, and xylene from glucose or glycerol)은 미국국립과학원(NAS)이 발행하는 ‘미국국립과학원회보(PNAS)에 10월 2일자로 실렸다.

/정종오 기자(ikokid@inews24.com)

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