(From waste materials such as wood chips and corn cobs, UD researchers are extracting sugars that can replace petroleum in the manufacture of thousands of consumer products. Credit: Evan Krape/ University of Delaware)
목재에서 설탕을 얻어낸다는 이야기는 조금 이상하게 들릴지 모르지만, 충분히 가능한 일입니다. 왜냐하면, 식물 세포벽의 주성분인 셀룰로오스나 헤미셀룰로오스 모두 다당류로 효소를 이용해서 분해하면 더 단순한 당류가 되기 때문입니다. 목재를 가수분해해서 얻은 당을 목당(wood sugar)라고 부르며 여기에는 글루코오스를 비롯, 크실로오스, 만노오스, 갈락토스 등 여러 당류가 풍부하게 존재합니다. 목당 가운데 식용으로 주로 사용하는 것은 자일로스입니다.
그런데 이렇게 단순한 당류 분자를 얻으면 이는 여러 가지 화학 제품의 원료로 사용될 수 있습니다. 이를 이용해서 석유 화학 제품을 대신할 바이오매스 제품을 만들 수 있다는 점은 매우 매력적인 이야기입니다. 사람이 먹을 수 없는 작물의 줄기, 뿌리, 잎 등 기타 부분과 목재 폐기물, 종이 폐기물에 있는 섬유질을 분해해서 매우 유용한 물질을 만들 수 있기 때문입니다.
하지만 실제로 그런 경우를 보기 어려운 이유는 간단합니다. 화학 처리를 하는 비용이 비싸서 경제성이 없기 때문입니다. 물론 자일로스 같이 현재도 사용하는 경우가 있긴 하지만, 더 다양한 분야에서 활용될 수 있는 원료 물질을 만들려면 저렴한 처리 공정을 개발해야 합니다.
델라웨어 대학의 에너지 혁신 촉매 센터(Catalysis Center for Energy Innovation)의 연구팀은 미 에너지부의 지원을 받아 목재 등에 있는 섬유질 성분을 쉽게 분해해 더 유용한 성분으로 만들 수 있는 공정을 개발했습니다. 이들이 만든 반응 공정의 핵심은 과거 두 단계로 이뤄지던 공정을 하나로 줄여 에너지, 물, 비용을 크게 줄였다는 것입니다.
일반적인 처리 공정은 일단 전처리를 한 후 그 다음 가수분해(hydroloysis)를 통해 복잡한 고분자 다당류를 더 단순한 당류로 바꾸는 것입니다. 델라웨어 대학의 새 공정은 전처리 필요없이 섭씨 85도 정도의 낮은 온도에서 반응이 가능하며 비용과 에너지를 크게 줄일 수 있다는 것이 연구팀의 설명입니다.
물론 이렇게 해서 과연 상업성있는 원료 물질을 얻을 수 있는지는 더 검증이 필요한 부분이지만, 버려지는 농업 및 임업 폐기물을 이용해서 더 유용한 물질을 만드려는 연구는 앞으로 지속가능한 삶을 위해서 중요한 부분일 것입니다.
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