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버려지던 목재폐기물 '리그닌' 고부가가치 물질로 거듭난다

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버려지던 목재폐기물 '리그닌' 고부가가치 물질로 거듭난다

2019.12.30 14:30
이동욱(왼쪽에서 두번째) 울산과학기술원(UNIST) 에너지및화학공학부 교수 연구팀이 리그닌 분자의 뭉침과 퍼짐을 결정하는 힘이 ‘소수성 상호작용’이라는 것을 밝혀내고 이를 조절할 방법을 제시했다. UNIST 제공
이동욱(왼쪽에서 두번째) 울산과학기술원(UNIST) 에너지및화학공학부 교수 연구팀이 리그닌 분자의 뭉침과 퍼짐을 결정하는 힘이 ‘소수성 상호작용’이라는 것을 밝혀내고 이를 조절할 방법을 제시했다. UNIST 제공

국내 연구진이 폐목재에 풍부하게 들어있는 유기화합물인 리그닌으로 석유나 석탄 등 화석연료를 대체하는데 필요한 핵심 기술을 개발했다. 

울산과학기술원(UNIST)은 이동욱 에너지및화학공학부 교수 연구팀이 리그닌 분자의 뭉침과 퍼짐을 결정하는 힘이 ‘소수성 상호작용’이라는 것을 밝혀내고 이를 조절할 방법을 제시했다고 30일 밝혔다.


리그닌은 식물 세포벽의 주성분으로 목재의 30~40%를 차지한다. 바이오 연료나 종이를 생산하는 과정에서 많이 발생해 연간 생산량이 약 5000만t에 이른다. 하지만 대부분 폐기되거나 단순한 땔감으로 사용됐다. 최근 바이오연료, 바이오플라스틱, 접착제 등으로 활용되고 있지만 실제로 사용되고 있는 비중은 2%에 그친다. 리그닌 분자구조가 불규칙하고 응집력이 강해 다른 물질과 섞이지 않기 때문이다.


연구팀은 아주 가까운 거리 간의 힘을 측정하는 장비(SFA)를 이용해 리그닌에 작용하는 힘을 측정했다. 그 결과 리그닌은 물을 싫어하는 물질끼리 뭉치려는 힘인 ‘소수성 상호작용’에 가장 큰 영향을 받는 것으로 나타났다. 그로 인해 리그닌이 포함된 수용액에 소금을 넣어주면 리그닌의 응집력을 조절할 수 있음을 밝혔다. 소금이 리그닌 분자 표면에 달라붙으며 리그닌 분자끼리 뭉치려는 힘을 막기 때문이다. 


연구팀은 이 원리를 이용해 각종 석유화학공정에서 액상에 포함된 독성물질을 흡착해 제거하는 ‘활성탄’의 강도를 높이는데 성공했다. 연구팀은 “리그닌과 활성탄은 모두 물을 싫어하는 성질이 있어 수용액에서 서로 강하게 결합해 복합체가 더욱 단단해진다”고 설명했다.


이 교수는 “리그닌의 분자적 상호작용원리를 분석했고 리그닌의 상업적 활용에 중요한 데이터베이스를 확보했다”며 “각종 석유화학산업과 바이오메디컬 분야에서 고부가가치 소재로 리그닌을 좀 더 쉽게 활용할 수 있을 것”이라고 말했다.


이번 연구결과는 국제학술지 ‘미국화학회(ACS) 서스테이너블 케미스트리 앤 엔지니어링’ 2일자에 게재됐다.
 

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