KAIST, 포도당으로 석유 대체 ‘BTEX’ 생산 성공…지속가능한 정유 대안 제시

[이데일리 강민구 기자] 한국과학기술원(KAIST) 연구진이 석유 대신 바이오매스 유래 포도당으로부터 정유산업의 핵심 원료인 BTEX(벤젠, 톨루엔, 에틸벤젠, 파라자일렌)를 생산하는데 성공했다.

KAIST는 이상엽 생명화학공학과 특훈교수와 한순규 화학과 교수 공동 연구팀이 미생물 발효 공정과 유기화학 반응을 결합해 바이오 원료에서 BTEX를 생산하는 공정을 개발했다고 12일 밝혔다.

KAIST 연구진.(왼쪽부터)한순규 화학과 교수, 김태완 석박사통합과정, 최경록 녹색성장지속가능대학원 교수, 이상엽 생명화학공학과 특훈교수.(사진=KAIST)

연구팀은 석유 정제로 인한 환경 부담과 복잡한 화학 구조 때문에 식물 기반 BTEX 생산이 어려웠던 문제를 미생물 세포공장과 화학 반응을 융합한 공정으로 해결했다. 미생물이 포도당, 글리세롤을 이용해 페놀, 벤질알코올 등 산소화된 중간 물질을 만들고, 이를 화학 반응으로 산소를 없애 BTEX을 얻는 방식이다.

특히 시스템 대사공학 기술을 통해 미생물의 대사 경로를 새로 설계해 효율을 높였다. 연구팀은 여기에 ‘아이소프로필 마이리스테이트(IPM)’라는 용매를 사용했다. 이 용매는 복잡한 정제 과정 없이 바로 반응 가능하며 끓는점이 높아 BTEX와 쉽게 분리·재활용할 수 있다. 그 결과, 공정은 단순해지고 효율은 올랐다.

이번에 구축한 플랫폼은 미생물 대사의 선택성과 화학 반응의 효율성을 결합해 BTEX의 재생 가능한 생산 경로를 마련했다는 점에서 의미가 있다.

최경록 녹색성장지속가능대학원 교수는 “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 설명했다.

이상엽 특훈교수는 “BTEX 수요는 세계적으로 계속 증가하고 있다”며 “석유 의존도를 낮추고, 연료·화학 산업의 탄소 발자국을 줄이며, 지속 가능한 원료 공급을 가능하게 하는 중요한 진전”이라고 밝혔다.

연구 결과는 미국국립과학원(NAS)이 발행하는 ‘미국국립과학원회보(PNAS)’에 지난 2일자로 게재됐다.