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UNIST 장지욱 교수 연구팀이 폐목재 등에 많이 함유된 ‘리그닌(Lignin)’을 태양광 에너지를 이용해 고부가가치 화합물로 바꿀 ‘광·전기·생물촉매 시스템(융합촉매 시스템)’을 개발함.

리그닌은 화석연료나 석유화합물을 대체할 수 있는 바이오매스로, 고부가가치의 유기화합물을 생산할 수 있는 원료로 여겨짐. 이러한 리그닌 분해에는 효소 같은 생물촉매를 써야 하는데 과산화수소는 생물촉매를 활성화하기 때문에 반드시 투입해야 하지만, 너무 많으면 오히려 촉매반응을 방해하기 때문에 이 경우 일정한 농도의 과산화수소를 유지시키는 것이 중요함. 이번 연구에서는 리그닌 분해와 변환에 뒤따르는 문제를 세 가지 촉매를 융합해 해결함. 해당 촉매는 세 가지 촉매가 서로 연결돼 작동하면서 추가 전압이나 시약 없이도 리그닌을 연속적으로 분해한다는 게 큰 장점임. 태양광 에너지에서 전기를 얻고(광촉매), 이 전기로 과산화수소를 생산하며(전기촉매), 과산화수소가 리그닌을 분해하는 생물촉매를 활성화 시키는 원리임. 세 가지 촉매는 중간막으로 분리된 3분할 반응기 내에서 순차적 반응을 일으켜 최종적으로 리그닌을 분해하는데, 특히 위 분할 시스템에서는 중간막이 생물촉매를 반응 저해요소로부터 완벽하게 보호하게됨. 또한 생산된 과산화수소는 생물촉매에 의해 사용되므로 과산화수소 농도가 일정하게 유지되어, 리그닌 분해가 안정적으로 진행됨.

이번 연구를 통해 친환경적인 방법으로 폐목재 같은 바이오매스를 방향족 석유화학제품으로 전환할 새로운 가능성을 제시했다고 평가됨.

※ Nature Communications 게재