(대전=뉴스1) 심영석 기자 = KAIST 신소재공학과 박찬범 교수 연구팀이 식물의 주요 구성성분인 리그닌(lignin)의 광촉매 특성을 규명했다.
또, 리그닌 기반 광촉매반응과 산화환원효소 반응을 접목해 태양광으로 고부가가치 화합물을 생성하는 인공광합성에 성공했다.
28일 KAIST에 따르면 식물의 20~30%를 차지하는 주요 구성성분인 리그닌은 세포벽 형성, 물 수송, 씨앗 보호 및 스트레스 적응 등의 역할을 담당한다.
바이오 연료, 펄프 및 종이를 생산하는 목재산업에서 리그닌이 부산물로 대량 배출되는데, 그 양은 연간 5000만톤에 달한다.
그러나, 리그닌은 분자구조가 상당히 복잡한 까닭에 활용이 어려워 95% 이상 소각되거나 폐기되고 있다.
연구팀은 자연계 리그닌이 일반적인 광촉매들이 지닌 작용기를 가지고 있다는 것에 착안해 리그닌이 광촉매 역할을 수행할 수 있다는 가설을 세웠다.
연구팀은 다양한 리그닌 고분자 모델이 가시광선하에서 과산화수소를 생성한다는 것을 입증했다.
또, 분광학적 및 광전기화학적 분석을 통해 리그닌이 열역학적으로 해당 광 산화환원 반응을 일으킬 수 있다는 것을 확인했다.
특히, 리그닌은 희생 전자 공여체 없이 산소와 물을 이용해 과산화수소를 합성할 수 있어 높은 원자 경제성(94.4%)을 보여주며, 부산물 축적 문제도 발생하지 않는다.
연구팀은 더 나아가 가시광선을 흡수하는 리그닌의 광 촉매반응을 생체촉매인 퍼옥시게나아제 활성에 적용했다.
연구팀은 리그닌이 광화학적으로 과산화수소를 적절한 속도로 생성하도록 설계해 퍼옥시게나아제가 지속해서 옥시 기능화 반응을 수행하도록 만드는 데 성공했다.
박찬범 교수는 "이번 연구는 리그닌을 고부가가치 화합물 생성에 이용할 수 있는 친환경적 방법을 제시했다는 것에 의미가 있다"라며 "다양한 효소와 접목해 정밀화학제품을 생산하는 등 산업적 파급력을 높일 계획"이라고 밝혔다.
한편, 이번 연구성과는 국제학술지 '네이처 신세시스'에 이달 표지논문으로 출판됐다.
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