화학저널

나가세산업, 바이오매스 70% 이상 달성 … DIC, 코리넬리균 적용

SAP(Super Absorbent Polymer)는 바이오화가 진전되고 있다.
나가세산업(Nagase)은 전분(Starch)으로 바이오 베이스 SAP를 개발했다. 자회사 하야시바라(Hayashibara)의 효소 기술과 나가세 켐텍스(Nagase ChemteX)의 가교기술로 전분 분자 구조를 효소 변환한 것으로 바이오매스를 70% 이상 함유하면서 기존 폴리아크릴산(Polyacrylic Acid) 이상의 흡수 성능을 보유한 것으로 알려졌다.
2019년부터 3사가 공동 개발했으며 2025년 이후 출시를 목표로 양산기술 확립과 생산체제를 구축하고 있다.
하야시바라와 나가세 바이오이노베이션센터(Nagase Bio Innovation Center)에서 효소 반응과정을 처리하고 나가세켐텍스가 변성물로 SAP를 제조하며 나가세산업이 일본 및 해외 판매를 담당한다.
석유화학 베이스 아크릴산(Acrylic Acid)이 주원료인 기존 폴리아크릴산나트륨(Sodium Polyacrylate)계나 아크릴산 그래프트 전분계 SAP를 환경부하가 적은 생분해성 천연 SAP로 대체하기 위한 개발을 진행하고 있다.
천연 고분자인 전분계, 셀룰로스(Cellulose) 등 다당류계, 폴리글루탐산나트륨 등 폴리펩타이드계 SAP는 흡수성이 낮고 흡수 속도가 느리며 코스트가 높아 실용화가 어려웠다. SAP는 고분자 그물망 구조 안에 물이 스며들어 폴리머가 팽창해 흡수·보수하는 역할을 하지만 전분계는 분자끼리 강하게 맞당기는 힘이 흡수하고 부풀어 오르는 힘을 저해함으로써 흡수량이 적다.
하야시바라는 자체 효소 기술로 전분 분자에 효소제를 작용해 구조를 변환했으며 액화전분을 얻어 분자간 상호작용을 약화시켜 흡수량을 증가시켰다. SAP의 강도 유지를 위해 나가세켐텍스가 팽창을 방해하지 않는 가교기술을 개발했으며 액화전분에 변성제를 가해 물을 더욱 쉽게 흡수하도록 화학처리했다.
SAP 1g당 생리식염수 흡수량은 경쟁기업의 생분해성 SAP가 9.3g, 폴리아크릴산계 기존제품이 53g이지만 신소재는 60g에 달했다.
흡수시험 후 SAP를 원심력 150G로 90초간 탈수한 후 보수량을 비교하자 경쟁제품은 9g, 기존제품은 48g, 신소재는 56g으로 나타났다.
사업화를 위해 물, 소금물, 현탁액 흡수를 상정하고 기저귀나 생리용품 등 위생소재 시장을 비롯해 농업·원예·녹화, 또는 간이 변기나 아이스팩, 화장품 등 공업제품을 고려하고 있다.
기존의 석유화학 베이스에 비해 코스트가 크지만 걸림돌이 되지는 않고 상업적 판매 뿐만 아니라 사회과제 해결을 위한 어플리케이션 개발을 포함해 비즈니스를 전개할 방침이다.
DIC는 균류 베이스 바이오 고흡수성 수지 SAP 양산화를 진행한다.
일본 국내외 위생소재 생산기업에 샘플을 출시해 높은 평가를 받았으며 바이오화·생분해성 관점에서 기저귀용으로 적합한 것으로 인정받았다.
DIC는 2019년부터 바이오 벤처기업 그린어스(GEI: Green Earth Institute)와 코리네균(Corynebacterium) 베이스를 공동 개발했으며 바이오매스 SAP를 사업화할 계획이다. 코리네균은 식물 베이스의 포도당을 대사해 아스파라긴산(Aspartic Acid)을 생산한다.
폴리아스파라긴산(Polyaspartic Acid)은 SAP의 원료인 폴리아크릴산을 대체할 수 있는 생분해성 흡수제로 주목받고 있지만 푸마르산(Fumaric Acid), 암모니아(Ammonia)에서 합성되는 석유화학 베이스가 주류를 이루고 있다.
DIC는 원래 폴리머화 공정 등을 추진했으나 이후 균체·배양 공정 개선에도 힘쓰며 균 증식‧생산 속도를 높였다.
치바현(Chiba) 사쿠라시(Sakura)의 종합연구소에 소규모 플랜트를 증설하고 2023년 공급량을 수십kg으로 확대하는 동시에 양산 프로세스를 검토해 출시시기를 2026년 이전으로 앞당길 계획이다.
앞으로 소재를 바꿔 비료화할 것으로 예상되며 회수·재이용 인프라도 정비할 방침이다.
DIC는 GEI로부터 2022년 3월 건강식품용을 위한 β-알라닌(Alanine) 발효 라이선스도 취득했다. 아스파라긴산에 이은 바이오제품으로 개발을 가속하며 당분간 외주를 통해 생산체제를 확보할 방침이다. (L)