폐목재 속 '리그닌', 제대로 쓸 정량 지표 나와

[이데일리 강민구 기자] 차세대 바이오 소재로 활용 가능성이 큰 물질 ‘리그닌’을 상업적으로 활용할 연구결과가 나왔다.

울산과학기술원(UNIST)은 이동욱 에너지·화학공학부 교수팀이 리그닌 분자의 뭉침과 퍼짐을 결정하는 힘이 ‘소수성 상호작용’이라는 것을 알아내고, 이를 조절할 방법을 제시했다고 30일 밝혔다.

리그닌 상호작용 힘 측정 결과.<자료=울산과학기술원>

리그닌은 목재의 30~40%를 차지하는 고분자 물질이다. 주로 바이오 연료나 종이 생산 과정에서 나온다. 연간 생산량이 약 5000만 톤이지만 대부분 폐기되거나 단순 땔감으로 사용됐다. 최근에는 바이오 연료나 바이오 플라스틱, 분산제, 접착제 재료로 제안됐으나, 실제 산업에 쓰인 비중은 2014년을 기준으로 2%에 머물렀다.

이동욱 교수팀은 아주 가까운 거리 간의 힘을 측정하는 장비(SFA)로 수용액에 있는 리그닌에 작용하는 여러 가지 힘을 측정했다. 그 결과 리그닌의 응집력에는 물을 싫어하는 물질끼리 뭉치려는 힘인 ‘소수성 상호작용’이 큰 영향을 줬다.

연구팀은 리그닌이 포함된 수용액에 전하를 띄는 ‘염’을 넣어주면, 리그닌의 응집력을 조절할 수 있다는 사실을 알아냈다. 염이 리그닌 분자 표면에 달라붙으면서 리그닌 분자끼리 뭉치려는 힘을 차단하기 때문이다.

연구팀은 이 원리를 이용해 ‘활성탄’의 강도도 높였다. 활성탄은 각종 석유화학공정에서 액상에 포함된 독성물질을 흡착해 제거한다. 이때 빠른 유속 때문에 활성탄 입자가 풀어지는 부분을 ‘리그닌·활성탄 복합체’로 해결한 것이다.

리그닌과 활성탄은 모두 물을 싫어하는 성질이 있어 수용액에서 강하게 결합해 복합체가 단단해졌다. 이 과정에서 염의 농도를 조절해 다양한 강도를 구현하고 이를 정량화했다.

이동욱 교수는 “산업폐기물로 여겨지던 리그닌의 분자적 상호작용 원리를 분석했고, 상업적 활용을 위한 연구 결과를 확보했다”며 “앞으로 리그닌을 각종 석유화학산업과 의료생명 분야에서 고부가가치 소재로 활용하는 게 더 쉬워질 것”이라고 기대했다.

연구 결과는 미국화학회가 발간하는 ‘ACS Sustainable Chemistry&Engineering’에 지난 2일자로 게재됐다.