초록 ▼

□ 연구개요
본 연구는 기존 원유 대체를 위해 차세대 바이오매스인 해조류 유래 알긴산을 원료로 활용하여 지속가능한 고부가가치 화합물을 생성하는 것으로,
(1) 유기반응용매의 사용 없이, 물을 이용한 알긴산 저분자화 공정을 연구하고,
(2) 알긴산 가수분해, 수소화, 탈수반응, 탈산소, 탈카르보닐 반응 등을 통해 고부가가치 화합물의 최대 효율을 달성할 수 있는 촉매를 개발함으로써,
(3) 해조류 유래 알긴산을 바이오리파이너리 촉매 반응 공정에 적용하여 알긴산 고부가화의 효율성 및 경제성을 제고하는 것이다.

□ 연구개요
본 연구는 기존 원유 대체를 위해 차세대 바이오매스인 해조류 유래 알긴산을 원료로 활용하여 지속가능한 고부가가치 화합물을 생성하는 것으로,
(1) 유기반응용매의 사용 없이, 물을 이용한 알긴산 저분자화 공정을 연구하고,
(2) 알긴산 가수분해, 수소화, 탈수반응, 탈산소, 탈카르보닐 반응 등을 통해 고부가가치 화합물의 최대 효율을 달성할 수 있는 촉매를 개발함으로써,
(3) 해조류 유래 알긴산을 바이오리파이너리 촉매 반응 공정에 적용하여 알긴산 고부가화의 효율성 및 경제성을 제고하는 것이다.

□ 연구 목표대비 연구결과
- 반응 체계 구축 및 생성물 분석 기법 확립
- 고압의 수소 조건을 안정적으로 조성할 수 있는 고압 회분 반응 장치를 성공적으로 구축하였으며, 생성물의 특성에 따라 다양한 크로마토그래피 기법을 통해 정확한 정성·정량 분석 기법을 확립함.
- 활성 금속 제어를 통한 알긴산 수소화 반응
- 활성이 뛰어난 루테늄 금속을 기반으로 루테늄의 전자적 특성을 증진시킬 수 있는 이종금속인 구리를 도입하여 알긴산으로부터 육탄당 알코올의 선택도와 수율을 성공적으로 향상시킴.
- 담체 특성 제어를 통한 알긴산 수소화 반응
- 알긴산의 흡착과 반응을 보다 증진시키기 위해 탄소 담체에 대하여 표면 처리를 진행하였으며 질소 첨가 중형 기공 탄소 담체의 제조를 통해 육탄당 알코올의 선택도를 향상시킴. 추가적으로, 해당 담체는 루테늄과의 강한 상호작용을 유발하여 루테늄의 용출과 소결을 억제하고 우수한 수열안정성을 나타냄.
- 다양한 알긴산 전환 반응을 통한 고부가가치 화합물 포트폴리오 확충
- 알긴산으로부터 육탄당 알코올 뿐 아니라 새로운 촉매 시스템 하에서 다양한 고부가가치 화합물을 생성하는 연구를 성공적으로 진행함. 특히, 고체 산 촉매와 두 종류의 용매가 들어간 co-solvent 시스템 하에서 푸르푸랄의 생성을 확인했으며, 루테늄 촉매와 염기성 용액 시스템 하에서 글리콜을 생성하여 이를 최초로 보고함.
- 촉매의 반응 메커니즘 및 활성점 규명에 따른 공정 변수 최적화
- 알긴산 전환의 핵심 반응인 수소화 반응에서 지금까지 사용되어 온 루테늄 촉매의 반응 메커니즘 및 활성점 규명을 위하여 중간 생성물인 글루콘산 수소화 반응을 진행함. 연구 결과, 루테늄 금속에서의 수소 스필오버 현상을 이용하여 루테늄 촉매와 담체의 물리적 혼합을 통해 담체와 금속 간의 상호작용 효율을 극대화하는 데에 성공함.

□ 연구발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
(1) 학문적·기술적 측면
- 목질계 바이오매스 고부가가치화에 집중된 현재까지의 연구 동향에서 탈피하고 바이오매스 활용 연구의 새로운 방향을 제시할 수 있으며, 이를 통해 해조류 유래 알긴산 전환 연구의 선도적 핵심기술 보유가 가능하다.
(2) 경제적·산업적 측면
- 비전통적 에너지 자원의 빠른 개발로 유가의 극심한 불안정성이 가속화되고 있는 현 상황에서, 알긴산 유래 고부가가치 화합물 및 연료의 생산은 국가의 원유 의존도를 저감시키고 국내 중화학산업의 위험 관리를 강화시킬 수 있다. 또한, 해조류 바이오매스 유래 화합물의 개발은 해양바이오원료 사용을 위한 국가 정책과 일치하므로 지속가능한 화합물 및 에너지 보급 확대가 가능하며, 기존 우리나라의 노동 집약형 수산업을 기술 집약형으로 전환시켜 해당 산업의 선진국형 제조 산업 육성에 활용할 수 있다.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 1.1 최종연구목표 ... 4
• 1.2 연구 개요 ... 4
• 1.3 연구의 필요성 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 7
• 2.1. 연구개발 수행 과정 ... 7
• 2.2. 연구개발 수행 내용 ... 7
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 17
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 18
• 4.1. 연구결과의 중요성 ... 18
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 18
• 5.1. 연구개발성과의 관리 ... 18
• 5.2. 연구개발성과의 활용 계획 ... 18
• 6. 참고문헌 ... 19
• [붙임1] 세부 정량적 연구개발성과 ... 20
• [붙임2] 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 24
• 끝페이지 ... 34