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연구 안내 > 연구부서 소개 > 청정생산시스템연구소 > 청정화학응용소재그룹

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연구안내

3대 연구분야 연도별 우수성과 연구부서 소개 국가 전략 생산기술 개발 연구인력 정보 연구자료실

본문

대한민국의 미래 중소·중견기업! 기술의 중심 KITECH과 함께!

연구부서 소개

지역본부체제 및 연구부서 소개
청정화학응용소재그룹
대표성과

연구성과명

바이오매스 유래의 원료물질로부터 C5계 중간 화학원료물질인
이타콘산(itaconic acid)을 생산하는 에너지절약형 생물공정 개발

연구개발 배경

  • 현재 이타콘산의 주용도는 Nitrilon(acrylonitrile 기반의 합성 섬유, ~1.3% 이타콘산 포함) 생산(40%), ion-exchange resin(30%), 제지(10%), 수처리(water treatment, 10%), 기타(10%) 등
  • 이타콘산의 경우 현재 국내수요의 약 80%(80억원 수준) 가량이 수입품에 의해 충당되고 있는 만큼 기술개발 및 상용화를 통한 수입 대체 노력이 필요
  • 더불어 현재 국내 생산 공정은 석유화학 원료를 이용하는 화학 전환 공정으로 화석원료 의존 탈피, 원료 다변화, 환경 영향 최소화의 측면에서 새로운 공정기술 개발이 필요

주요 연구내용

  • 이타콘산 고생산성 산업용 균주 개발
  • 배지 및 배양 조건 최적화
  • 스케일업 및 이타콘산 회수공정 개발
주요 연구내용

주요 연구성과

  • 1) 기술적 성과

    유전적 변이균주 제작 및 스크리닝(KR 10-1342054, KR 10-1348945)을 통해 원료(당)의 섭취 및 산물(이타콘산)의 세포외 배출 효율이 높은 균주를 확보(KR 10-1262152, KR 10-1262158)
    유전적 변이주 선별을 통해 인산염 농도에 관계없이 이타콘산을 안정적으로 생산하는 균주를 확보(KR 10-1428508)
    기체 전달특성의 유지에 기반한 전략을 통해 발효 공정을 500L 수준으로 스케일업 하였으며 안정적인 생산이 가능함을 확인(J. Microbiol. Biotechnol. 2013, 23, 1445)
    발효액으로부터 이타콘산을 회수하는 기술을 확보
  • 2) 파급효과

    기술이전 수행: 큐바이오텍(주), 88,000천원 (2013.06.)
    생물학적 이타콘산 생산 공정의 핵심기술들은 타 고등균류(fungi) 발효 기반 기술의 성능 및 경제성 향상을 위해 활용
    생산된 이타콘산을 원료로 추가적인 화학/생물 전환을 통해 고분자 및 화학제품을 생산하는 기술의 기반 마련: 이타콘산 기반의 바이오연료용 퓨란전구체 생산기술 개발 진행 중 (2014-2015, 출연연융합사업, KITECH)

연구성과명

바이오매스 유래 탄수화물로부터 퓨란계 화합물 및 고분자를 생산하는 화학공정 개발

연구개발 배경

  • 퓨란계 화합물은 바이오매스 유래 탄수화물로부터 얻어지는 방향족 화합물로서 석유 유래 방향족 화합물을 대체할 수 있음
  • 이러한 퓨란계 화합물 중 FDCA는 세계시장 규모가 57조원에 이르는 석유 유래 방향족 화합물인 테레프탈산을 대체할 수 있을 것으로 여겨지고 있음
  • 본 기술은 석유에 대한 절대적 의존도를 낮출 수 있을 뿐만 아니라 기후변화대응기술로서 비가역 이산화탄소 발생을 원천적으로 막을 수 있다는데 의의가 있음
  • 바이오매스 기반 탄수화물을 이용한 화학산업은 현재까진 주로 옥수수, 사탕수수 등 곡물을 주원료로 이용하였으나 경작비용과 곡물가 상승 등의 문제로 인해 해양바이오매스와 같은 비식량계 바이오매스를 주공급원으로 하는 발상의 전환이 요구됨

주요 연구내용

  • 탄수화물의 이성질체화/탈수화/산화반응에 대한 화학적 경로 개발
  • 용매/촉매 시스템 개발 및 반응 최적화
  • 대량연속생산 및 분리정제 공정 기술 개발
  • 퓨란기반의 고분자 제어를 위한 핵심 인자 도출 및 그에 따른 중합기술 및 공정개발
주요 연구내용

주요 연구성과

  • 1) 기술적 성과

    세계 최초로 해양계 바이오매스 유래 고에너지 퓨란계 바이오연료 제조 기술 개발 (ChemSusChem 2010, 3, 1273; KR 10-1116392; KR 10-1141675; KR 10-1186502; US 8,795,393; US 8,871,958)
    세계 최고 수율로 목질계 바이오매스로부터 직접 퓨란계 플랫폼 화합물(HMF)을 제조하는 원천기술 개발 (Green Chem. 2011, 13, 1503; KR 10-1186503; KR 10-1252819; US 8,871,957)
    저비등점 용매를 이용한 공업용 과당시럽 유래 퓨란계 방향족 화합물 제조기술 개발 (J. Ind. Eng. Chem. 2013, 19, 1106; Ind. Eng. Chem. Res. 2014, 53, 4633; KR 10-1217137)
    목질계 바이오매스 유래 신규 퓨란계 플랫폼 화합물(AMF)을 제조하는 원천기술 개발 (ChemSusChem 2015, 8, 1179; KR 10-1374219)
    알킬암모늄 아세테이트 염을 이용한 새로운 5-아세트옥시메틸푸르푸랄의 제조방법 (201380014983.8 중국 출원)
    알킬암모늄 아세테이트 염을 이용한 새로운 5-아세트옥시메틸푸르푸랄의 제조방법 (14/385,919 미국 출원)
    이온성 액체를 용매로 이용한 푸르푸라놀계화합물과 2-푸란카르복시산계화합물의 제조 방법 (10-1306277)
    환형 지방족 디이소시아네이트와 바이오매스 유래 퓨란계 폴리에스터 폴리올을 포함하는 폴리우레탄 및 그의 제조방법 (10-2014-0059975)
  • 2) 파급효과

    기술이전 수행: SK케미칼(주), 140,000천원
    바이오매스 기반 방향족 화합물은 화학제품의 밸류체인 상 업스트림에 해당하기 때문에 다운스트림 영역에서 다양한 파생상품을 생산하는 중소·중견기업에 미치는 파급효과는 매우 클 것으로 기대됨
    고유가와 무관하게 화학산업의 기초원료 확보가 가능하므로 국가 산업의 지속적 발전 및 국가경쟁력 유지 가능하고, 바이오리파이너리에 기반을 둔 신산업의 창출을 통해 새로운 일자리를 제공할 수 있음
    플라스틱 bottle 을 비롯하여 fiber, film 등을 이용한 다양한 산업으로의 적용에 대한 가능성이 높을 것으로 기대함. 또한 해외 아반티윰 등과 같은 글로벌 회사의 상업화에 영향을 받아 국내회사들의 상품화에 크게 영향을 줄 것으로 판단됨
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