한화솔루션-카이스트, 나프타 대체 가능한 바이오 플라스틱 기술 개발

나프타 대신 폐글리세롤을 산업용 핵심소재로 전환

"기존 석유화학 공정 대체할 수 있는 가능성 확인해"

(왼쪽부터)방현배 한화솔루션 박사, 문천우 KAIST 박사과정, 신디 KAIST 박사, 기민정 KAIST 박사과정, 이상엽 KAIST 교수, 조창희 한화솔루션 박사, (상단) 조재성 KAIST 박사, 장남진 한화솔루션 박사 [사진=카이스트]

한화솔루션이 카이스트(KAIST)와 손잡고 폐자원을 활용해 플라스틱과 섬유용 친환경 원료를 대량 생산할 수 있는 바이오 기술을 확보했다고 19일 밝혔다.

최근 석유화학 산업의 핵심 원료인 나프타 가격 급등과 공급 불안이 이어지면서 대체 원료 확보 필요성이 커지고 있다. 이번 성과는 자원 공급 안정성과 친환경성을 동시에 갖춘 차세대 핵심 기술로 주목받고 있다.

한화솔루션-KAIST 미래기술연구소가 개발한 해당 기술은 바이오디젤 생산 과정에서 발생하는 부산물인 '글리세롤'을 원료로 활용한다. 연구팀은 폐자원을 고부가가치 소재로 전환하기 위해 플라스틱과 화장품 원료로 쓰이는 '1,3-프로판디올(1,3-PDO)' 생산용 고효율 미생물을 개발하고 발효 공정을 고도화했다.

이번 연구는 실제 산업 현장 적용 단계까지 진전됐다. 연구팀은 실험실 단계를 넘어 대형 생산 설비 적용 전 단계인 300리터 규모 파일럿 공정에서도 높은 생산성을 안정적으로 구현하는 데 성공했다. 이는 연구실 수준의 성과가 실제 공정 환경에서도 재현 가능하다는 점을 입증한 사례라는 설명이다.

아울러 연구팀은 컴퓨터 시뮬레이션 기반의 '디지털 설계 기술'을 활용해 미생물 대사 과정을 사전에 설계하고 항생제 없이도 안정적으로 원료를 생산할 수 있는 '무항생제 공정'을 적용했다. 이를 통해 생산 비용 절감과 환경 규제 리스크 완화, 친환경성 제고 효과를 동시에 확보했다.

이번 성과는 2015년 11월 시작된 양측 협력의 결과물로, KAIST의 연구 역량과 한화솔루션의 사업화 역량이 결합된 대표적인 산학 협력 사례로 평가된다. 양측 연구진은 이번 친환경 바이오 플랫폼 연구를 통해 총 6건의 특허를 출원하고 13편의 논문을 게재했다.

김정대 한화솔루션 연구소장은 "이번 연구는 바이오 기반 원료를 활용해 기존 석유화학 공정을 대체할 수 있는 가능성을 확인했다는 점에서 의미가 크다"며 "향후 지속가능한 화학소재 생산과 산업 적용에 중요한 기반이 될 것으로 기대한다"고 말했다.

이상엽 KAIST 생명화학공학과 특훈교수는 "이번 연구는 미생물 기반 화학물질 생산이 실험실을 넘어 실제 산업 규모까지 확장 가능하다는 점을 보여준 사례"라며 "앞으로 다양한 화학소재를 보다 친환경적으로 생산하는 데 기여할 것"이라고 밝혔다.

한편 한화솔루션은 산업통상자원부 국책과제 주관기업으로 한국에너지기술연구원과 KAIST 등과 협력해 핵심 촉매 및 공정 개발을 진행하고 있다. 계열사 한화토탈에너지스와 함께 상업화 검증과 연간 3만t 규모 상업공정 설계도 추진 중이다. 이와 함께 바이오 플라스틱과 생분해 소재 개발도 병행하며 플라스틱 자원 순환 생태계 구축에 나서고 있다.