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화학연, 2023년 국가연구개발 우수성과 100선 3건 선정

- 폐폴리스타이렌(스티로폼) 화학적 재활용 촉매 공정 기술(황동원 박사팀)

- 암모니아에서 저비용으로 수소 생산이 가능한 촉매 기술(채호정 박사팀)

- 원하는 바이오원료만 추출 가능한 인공세포 개발 관련 합성생물학 기술(이주영 박사팀)

한국화학연구원(원장 이영국)에서 개발한 탄소 중립, 수소, 첨단바이오 관련 기술이 과학기술정보통신부가 발표한 ‘2023년 국가연구개발 우수성과 100선’ 중 에너지·환경 분야와 생명 해양 분야 성과로 총 3개 선정됐다.

2023년 국가연구개발 우수성과 100선에 선정된 화학연 기술은 ‘폐폴리스타이렌(스티로폼) 재활용 관련 촉매 기술(황동원 박사팀)’, ‘암모니아에서 저비용으로 수소 생산이 가능한 촉매 기술(채호정 박사팀)’, ‘원하는 바이오원료만 쉽게 생산·추출할 수 있는 인공세포 개발 관련 합성생물학 기술(이주영 박사팀)’이다.

* 폐폴리스타이렌 연속식 해중합 촉매 공정 기술이전 및 사업화(황동원 박사팀)

* 암모니아로부터 고효율 수소 생산 촉매 기술(채호정 박사팀)

* 합성생물학 기반 On-demand, All-in-one 기능을 탑재한 신개념 인공세포 첨단화 기술 개발(이주영 박사팀)

3개의 우수성과 중에서 ‘폐폴리스타이렌 재활용 관련 기술’은 일반 국민이 투표한 10개의 ‘사회문제 해결성과’ 중 하나로 뽑혀, 국민에게 유용하다고 체감되는 기술로서 관심을 끌었다. 나머지 2개의 기술도 12대 국가전략기술 중 ‘수소’와 ‘첨단바이오(합성생물학)’ 분야의 기술로서, 화학연은 다양한 분야에서 우리나라의 미래 경쟁력 강화에 기여하고 있다는 모습을 이번 기회에 다시 보여주었다.

폐폴리스타이렌(스티로폼) 재활용 촉매 기술(황동원 박사팀) 연구진

▲ 폐폴리스타이렌(스티로폼) 재활용 촉매 기술(황동원 박사팀) 연구진. 좌측부터 화학연 화학공정연구본부 민주원 박사, 김지훈 박사, 황동원 박사, 송인협 박사, 윤광남 박사

첫 번째로 에너지·환경 분야에서 선정된 화학연 황동원 박사팀 연구성과는 사용 후 폐기되는 폐폴리스타이렌(스티로폼)을 화학적으로 재활용하는 과정에서 저가의 친환경적인 촉매를 활용했다. 기존 방식에 비해 낮은 온도에서 분해하고 스타이렌 원료를 연속 생산 가능한 장점이 있다. 해당 기술은 2022년 8월 롯데케미칼㈜에 기술 이전되어, 현재 실증화 및 사업화를 위한 공동연구를 진행 중이며, 폐플라스틱 오염 저감과 화학산업의 탄소 중립 목표 달성에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

▲ 폐폴리스타이렌(스티로폼) 화학적 재활용 촉매 공정 기술 활용 개념도

암모니아에서 저비용으로 수소 생산이 가능한 촉매 기술(채호정 박사팀) 연구진

▲ 암모니아로부터 수소생산용 비 귀금속계 촉매를 개발한 연구진. 좌측부터 화학연 화학공정연구본부 김영민 박사, 채호정 박사, Do Quoc Cuong 박사, 김거종 박사.

두 번째로 에너지·환경 분야에서 선정된 화학연 채호정 박사팀 연구성과는 암모니아로부터 저비용으로 수소를 생산해내는 촉매 공정 기술로서, 기존의 비싼 귀금속 촉매 대신 저렴한 비귀금속 소재를 활용하면서 암모니아 분해 공정의 효율을 높인 기술이다. 향후 높은 온도의 열원 공급이 가능한 제철, 시멘트 등의 산업공정과 연계한 수소 생산 응용 공정 개발이 이뤄질 것으로 기대되고 있다. 관련 기술은 2022년 2월 응용촉매 B-환경(Applied Catalysis B-Environmental)에 논문이 게재되었다.

암모니아에서 저비용으로 수소 생산이 가능한 촉매 기술(채호정 박사팀) 관련 연구 개념도

▲ 고효율 경제적 촉매를 통해서 암모니아로부터 생산된 수소의 다양한 활용 개념도

인공세포에서 원하는 바이오원료만 쉽게 생산할 수 있는 합성생물학 기술(이주영 박사팀) 

▲ 인공세포에서 원하는 바이오원료만 쉽게 생산·추출할 수 있는 합성생물학 기술을 개발한 연구진. 좌측부터 화학연 정밀·바이오화학연구본부 문수영 학생연구원, 이주영 박사, 손소희 박사

마지막으로 생명 해양 분야에서 선정된 화학연 이주영 박사팀 연구성과는 인공세포 속 특정 바이오원료가 세포 밖으로 자동으로 분비되도록 신호 시스템을 인공적으로 설계하는 합성생물학 기술이다. 

기존의 방식은 세포 속 바이오원료를 얻기 위해 세포 파괴·분해·특정 원료 추출 등 복잡한 공정이 필요한 데 비해, 관련 성과는 한 번에(one-step) 세포 속 바이오원료를 원하는 경로로 자동으로 수송하여 세포 밖으로 분비할 수 있는 세계 최초·최고의 기술이다. 향후 다양한 인공세포 속 여러 바이오원료를 추출하는 미생물 세포공장에 활용하는 플랫폼 기술로서 바이오산업 발전의 가속화에 기여할 것으로 전망되고 있다. 해당 성과는 2022년 5월 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)에 논문이 게재되었다.

인공세포에서 원하는 바이오원료만 쉽게 생산·추출할 수 있는합성생물학 기술(이주영 박사팀) 관련 연구 개념도

▲ 바이오원료를 생산하는 인공 세포공장(좌, 효모) 속의 특정 바이오원료를 세포 밖으로 배송할 수 있는 시스템

한국화학연구원은 Chemistry for Us(우리를 위한 화학), Chemistry for EARTH(지구를 위한 화학) 비전 아래, 탄소 자원화, 첨단화학소재, 의약 바이오, 미래융합화학 연구 분야 등에서 국가 화학산업을 선도하는 미래 원천 기술을 개발하고 있다.

* 자료제공: 한국화학연구원

* 자료편집: 핸들러전문지