포도당서 HMF 전환 효율 20%↑…新 반응 경로도 세계 최초 규명
  • ▲ 한국기술교육대 김태용 교수.ⓒ한기대
    ▲ 한국기술교육대 김태용 교수.ⓒ한기대
    한국기술교육대학교(KOREATECH·총장 유길상)는 김태용 교수 연구팀이 서울대학교, 한국생산기술연구원과 공동으로 바이오 기반 화합물인 5-하이드록시메틸푸르푸랄(5-HMF, 이하 HMF)을 더욱 쉽고 안정적으로 생산할 수 있는 친환경 촉매 기술을 개발했다고 11일 밝혔다.

    HMF는 과당(프룩토오스)이나 포도당(글루코오스)과 같은 바이오매스를 원료로 제조되는 고부가가치 화합물로, 친환경 화학소재 및 바이오연료 분야에서 주목받고 있다. 

    글로벌 시장조사기관에 따르면 HMF 시장은 연평균 9.5% 성장해 2033년에는 25억 달러 규모에 이를 것으로 전망된다.

    그러나 기존 촉매 기술은 강한 산성을 띠는 물질을 사용해야 해 장비 부식, 촉매 회수 곤란, 폐촉매 및 폐수 처리 문제 등 환경적·경제적 부담이 컸다. 

    특히 포도당은 반응성이 낮아 고농도의 강산을 써야 하며, 이로 인해 공정 안정성과 수율 확보가 어려운 것이 현실이었다.

    연구팀은 이 같은 한계를 해결하기 위해, 반응 중 액상으로 존재하다가 반응 후 고체화되는 새로운 촉매를 개발했다. 

    이 촉매는 포도당과 균일하게 반응하며, 기존보다 약 20% 향상된 83.8%의 HMF 수율을 기록했다. 

    또한 정제 없이 5회 재사용한 실험에서도 약 95%의 수율 유지, 99% 이상의 촉매 회수율을 보여 상용화 가능성을 입증했다.

    특히 이번 연구의 가장 큰 성과는 HMF 전환의 새로운 반응 경로를 세계 최초로 규명한 것이다. 

    기존에는 포도당을 먼저 과당으로 전환한 뒤 다시 HMF로 변환하는 2단계 공정이 필요했으나, 연구팀은 포도당이 ‘2,5-안하이드로만노스(AHM)’라는 중간체를 거쳐 직접 HMF로 전환되는 경로를 실험과 계산과학을 통해 밝혀냈다.

    김태용 교수는 “이번 연구는 장시간 연속 공정에서도 고수율과 친환경적 촉매 재사용이 가능하다는 실용적 의미뿐 아니라, 새로운 반응 메커니즘을 규명해 학문적으로도 큰 성과”라고 밝혔다.

    이번 연구 결과는 환경공학 분야 세계적 권위지 ‘Applied Catalysis B: Environmental and Energy(IF 20.3)’ 2025년 6월 온라인판에 게재됐으며, 오는 12월 정식 출판될 예정이다.