쌀을 주식으로 하는 민족에게 ‘쌀’생산은 매우 중요하다. 바이오화학산업에서 ‘쌀’ 역할을 하는 게 ‘바이오슈가’이다. 바이오화학산업에 없어서는 안 되는 제품이다. 국내 연구팀이 이 같은‘바이오슈가’를 고부가가치 부산물과 함께 대량 생산할 수 있는 기술을 개발했다.

유주현 한국화학연구원 바이오화학연구센터 박사팀은 바이오슈가와 고부가가치의 부산물을 시험용 공장(파일럿 플랜트)에서 생산하는 데 성공했다. 바이오슈가는 억새 등 식물 바이오매스로 만든 공업용 포도당이다. 바이오화학 제품의 기초 원료이다. 바이오연료, 바이오플라스틱, 바이오섬유, 바이오포장재뿐 아니라 식품, 식품첨가물, 정밀화학제품 등을 만드는 데 쓰인다.

바이오화학산업은 계속 성장하고 있다. 전 세계 바이오화학 제품 시장규모는 2017년 기준 약 3490억 달러(약 404조8000억 원)이다. 프로스트&설리번, 한국바이오경제연구센터 등의 자료를 보면 바이오화학 시장은 2022년 화학산업의 22%, 2050년에는 절반을 차지할 것으로 전망되고 있다. 바이오슈가 시장은 바이오화학 시장의 10% 이상을 차지할 것으로 예상된다.

이번에 개발된 기술은 화공 약품 없이 물을 주로 사용하는 공정이다. 비용이 많이 드는 정제공정이 없고 폐기물이 발생하지 않는다. 고부가가치의 부산물도 얻을 수 있어 경제성이 높다. 현재 상용화에 성공한 기업은 미국의 아메리칸 프로세스와 영국의 코멧바이오 등 몇몇에 불과하다. 한국화학연구원이 이들에 이어 시험용 생산에 성공하고 상용화를 앞두고 있다.

한국화학연구원 연구팀은 억새풀을 잘게 부숴 곤죽을 만든 후 눌러서 짜냈다. 이 같은 습식분쇄와 압착공정을 거쳐 첫 번째 부산물인 액상 비료와 생리활성물질을 얻었다. 이후 액체와 분리된 고체만 고온·고압에서 찌면 두 번째 부산물인 자일로스와 식이섬유를 얻을 수 있다. 이어 기계적 정쇄와 효소 가수분해 공정을 통해 포도당을 추출하고 당용액을 분리한다. 이때 세 번째 부산물인 리그닌 함유물이 고체로 얻어진다. 끝으로 당용액을 에너지 절약형 공정으로 농축하면 바이오슈가(공업용 포도당)가 탄생한다.

1일 기준으로 바이오슈가 70㎏(포도당 기준)과 고부가가치 부산물(액상 비료 200L, 자일로스·식이섬유 200L, 리그닌 50㎏) 등 바이오화학제품 기초 원료를 생산할 수 있다. 단일 공정으로 바이오슈가 이외에도 다양한 고부가가치 부산물을 생산할 수 있어 현재 상용화에 성공한 외국기업보다 경제성이 높다는 게 연구팀의 설명이다.

유주현 박사는 “화공 약품을 사용해 바이오슈가를 만드는 공정은 또한 고부가가치 부산물이 거의 나오지 않아 수익성에 문제가 있을 수 있다”라면서 “이번에 만든 우리 기술은 고부가가치 부산물 생산이 가능하고 정제 비용이 들지 않아 상용화가 가능할 것으로 확신한다”고 설명했다.

한편 현재 한국화학연구원 연구팀은 목질계 바이오매스로부터 바이오슈가를 제조하는 방법 등 27건의 등록과 출원 특허를 보유하고 있다.