KAIST, ‘폐목재서 플라스틱 원료’ 만든다… BTEX 식물기반 생산 세계 첫 성공

석유 정제에 의존하던 플라스틱 원료 BTEX(벤젠·톨루엔·에틸벤젠·파라자일렌)가 이제는 폐목재 등 식물 기반 바이오매스에서 생산되는 길이 열렸다. 

KAIST 연구진이 미생물과 화학 반응을 결합한 혁신적 공정을 개발해 차세대 친환경 플라스틱 원료 생산의 새 장을 열었다.

페트병, 스티로폼, 나일론 등 일상 곳곳에 쓰이는 BTEX는 석유 정제를 통해서만 얻을 수 있는 핵심 원료였다. 하지만 KAIST 연구팀이 석유 대신 포도당·글리세롤 등 재생 가능한 바이오 원료에서 BTEX를 생산하는 데 세계 최초로 성공했다.

KAIST(총장 이광형)는 생명화학공학과 이상엽 특훈교수와 화학과 한순규 교수 공동 연구팀이 미생물 발효 공정과 유기화학 반응을 융합해 BTEX를 합성하는 기술을 개발했다고 12일 밝혔다.

연구팀은 미생물이 포도당이나 글리세롤을 이용해 페놀, 벤질알코올 등 산소화된 중간 물질을 만든 뒤, 이를 화학 반응으로 산소를 제거해 벤젠·톨루엔 등 BTEX로 전환하는 방식을 고안했다.

특히 이상엽 교수가 주도해온 ‘시스템 대사공학 기술’을 통해 미생물의 대사 경로를 새롭게 설계, 효율을 극대화했다. 

여기에 연구팀은 끓는점이 높고 분리·재활용이 쉬운 특수 용매 ‘아이소프로필 마이리스테이트(IPM)’를 도입해 복잡한 정제 과정을 생략하고 반응 효율을 대폭 향상시켰다.

이 공정은 미생물 대사의 선택성과 화학 반응의 효율을 결합한 새로운 ‘화생물학적(chemobiological)’ 접근법으로, 향후 산업 규모 확대와 친환경 촉매 도입 등 기술 발전 가능성이 크다는 평가를 받고 있다.

녹색성장지속가능대학원 최경록 교수는 “이번 연구는 미생물과 화학 반응을 한 과정에서 통합할 수 있는 새로운 체계를 제시했다”며 “특히 끓는점이 높은 IPM 덕분에 BTEX를 쉽게 분리하고 재활용할 수 있어 석유화학의 지속 가능한 대안이 될 수 있다”고 말했다.

공동 교신저자인 한순규 교수는 “이번 성과는 잘 쓰이지 않던 용매(IPM) 안에서 미생물 대사공학과 화학 반응이 동시에 작동하도록 한 것이 핵심”이라며 “기존 촉매와 시약의 한계를 극복했다”고 설명했다.

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

이번 연구 결과는 미국국립과학원회보(PNAS)에 10월 2일자로 게재됐다.