버려지는 밀짚, 친환경 소재 원료 가능성 확인

다음은 대한민국 정부 부처에서 발표한 보도자료 "버려지는 밀짚, 친환경 소재 원료 가능성 확인"에 대한 상세하고 포괄적인 요약입니다.

1. 핵심 요약

농촌진흥청은 2025년 9월 8일, 국내에서 버려지던 밀짚을 친환경 바이오소재 원료로 활용할 수 있는 혁신적인 기술을 개발했다고 발표했습니다. 이 기술은 밀짚 속 섬유소(셀룰로오스, 헤미셀룰로오스 등)를 친환경 공융용매(콜린클로라이드와 글리세롤 혼합물에 3.2% 알칼리 첨가)로 효율적으로 추출하고, 이를 미생물 발효에 필요한 당(단당류)으로 전환하는 것입니다. 특히, 이 공정을 통해 밀짚의 핵심 성분인 셀룰로오스 함량을 기존 32.4%에서 46.6%로 약 14%포인트 높였으며, 추출된 섬유소의 당 전환 수율을 기존 14%에서 93%로 획기적으로 개선하여 친환경 소재 원료로서의 높은 가능성을 확인했습니다. 이는 국내 밀 재배 증가로 연간 2만6천 톤(2024년 기준)에 달하는 밀짚 부산물을 고부가가치 자원으로 재활용하는 중요한 전환점이 될 것으로 기대됩니다.

2. 주요 내용

• 밀짚 유래 친환경 소재 원료화 기술 개발: 농촌진흥청은 버려지는 밀짚에서 섬유소(식물 세포벽의 주요 구성 성분인 셀룰로오스, 헤미셀룰로오스 등)를 추출하여 미생물 발효에 필요한 영양원인 당(단당류, 즉 포도당과 같이 더 이상 분해되지 않는 가장 기본적인 형태의 당)으로 전환하는 핵심 기술을 개발했습니다. 이 기술은 바이오플라스틱(생물 유래 원료로 만들어지거나 생분해되는 플라스틱)과 같은 친환경 소재의 원료를 생산하는 기반을 마련합니다.

• 획기적인 섬유소 추출 및 당 전환 효율 개선: 이번 연구에서는 콜린클로라이드(비타민 B군의 일종으로 친환경 용매 제조에 사용)와 글리세롤(화장품, 식품에 널리 쓰이는 안전한 액체)을 혼합한 친환경 공융용매(Deep Eutectic Solvent, DES, 두 가지 이상의 고체 물질이 특정 비율로 혼합될 때 각 성분의 녹는점보다 훨씬 낮은 온도에서 액체 상태가 되는 혼합물)에 3.2%의 알칼리(NaOH)를 첨가하는 전처리 기술을 적용했습니다. 그 결과, 밀짚의 셀룰로오스 함량을 기존 32.4%에서 46.6%로 약 14%포인트 향상시켰으며, 추출된 셀룰로오스가 당으로 전환되는 수율은 기존 14%에서 93%로 대폭 증가하여 미생물 발효 영양원으로서의 활용 가능성을 입증했습니다.

• 증가하는 밀짚 부산물과 재활용의 필요성: 국내 밀 재배 면적은 2020년 5,200ha에서 2024년 9,500ha로 증가했으며, 이에 따라 밀 수확 후 남는 줄기 부분인 밀짚 발생량도 같은 기간 1만2천 톤에서 2만6천 톤으로 크게 늘었습니다. 대부분 버려지는 밀짚은 셀룰로오스와 헤미셀룰로오스가 풍부하여 친환경 소재 원료로서 잠재력이 크지만, 기존의 화학약품 기반 추출 방식은 효율이 낮고 폐수 처리 비용 및 환경 부담이 높다는 문제가 있었습니다.

• 친환경 공정 및 경제성 확보: 기존의 화학약품 위주 추출 방식은 환경 오염과 높은 처리 비용을 유발했지만, 이번에 개발된 친환경 공융용매 기술은 이러한 문제를 해결합니다. 콜린클로라이드와 글리세롤 같은 안전한 물질을 활용하여 환경 부담을 줄이고, 높은 추출 및 전환 효율을 통해 당을 안정적이고 경제적으로 생산할 수 있는 기반을 마련했습니다. 이는 폐수 처리 비용을 절감하고 자원 순환을 촉진하는 효과를 가져옵니다.

• 기술의 특허 출원 및 향후 확장 계획: 농촌진흥청은 이번에 개발된 공융용매 활용 기술에 대해 ‘농업 바이오매스로부터 발효당을 생산하기 위한 공융용매 및 알칼리성 수성촉매의 최적화 전처리 방법 및 이를 이용한 발효당 생산 방법’(특허출원번호 10-2024-0188643)으로 특허를 출원했습니다. 이는 기술의 독점적 권리를 확보하고 향후 상용화 및 관련 연구 확대를 위한 중요한 발판이 될 것입니다.

• 최적화된 전처리 조건 확인: 연구팀은 반응표면분석모델(여러 변수가 반응 결과에 미치는 영향을 분석하고 최적 조건을 찾는 통계적 방법)을 통해 최적의 전처리 조건을 도출했습니다. NaOH 농도 3.2%, 반응 시간 102분, 반응 온도 132°C에서 최대 예측 수율 93.01%의 포도당을 얻을 수 있음을 확인했으며, 실제 실험 결과(평균 Glucose Yield 93.47 ± 0.54%)와도 거의 일치하여 기술의 신뢰성을 높였습니다.

3. 배경 및 목적

최근 대한민국에서는 식량 자급률 향상 및 농가 소득 증대를 위한 정책의 일환으로 밀 재배가 꾸준히 확대되고 있습니다. 이에 따라 밀 수확 후 발생하는 부산물인 밀짚의 양 또한 급증하고 있으며, 2024년 기준 연간 약 2만6천 톤에 달하는 밀짚이 발생하고 있습니다. 그러나 이처럼 대량으로 발생하는 밀짚은 대부분 소각되거나 버려져 환경 오염을 유발하고 자원 낭비로 이어지는 문제가 있었습니다. 밀짚은 식물 세포벽의 주요 구성 성분인 셀룰로오스와 헤미셀룰로오스 같은 섬유소가 풍부하게 함유되어 있어, 바이오플라스틱, 바이오연료 등 친환경 바이오소재의 원료로 활용될 수 있는 잠재력이 매우 큽니다. 하지만 기존의 섬유소 추출 방식은 주로 독성 화학약품을 사용하며 효율이 낮고, 사용 후 발생하는 폐수 처리 비용 및 환경 부담이 크다는 한계가 있었습니다.

이러한 배경 속에서 농촌진흥청은 버려지는 농업부산물의 친환경적 처리 방안을 모색하고, 이를 고부가가치 자원으로 전환하여 순환 경제(자원을 최대한 효율적으로 사용하고 재활용하여 폐기물을 최소화하는 경제 시스템)를 실현하고자 이번 연구를 추진하게 되었습니다. 본 연구의 구체적인 목적은 첫째, 밀짚과 같은 농업부산물에서 고효율로 섬유소를 추출하고 이를 미생물 발효에 필요한 당으로 전환하는 친환경 기술을 개발하여 환경 부담을 줄이는 것입니다. 둘째, 개발된 기술을 통해 바이오소재 산업의 원료 공급 기반을 구축하고, 국내 바이오산업의 경쟁력을 강화하는 것입니다. 셋째, 농업부산물의 새로운 활용 가치를 창출하여 농가 소득 증대에 기여하고, 지속 가능한 농업 시스템을 구축하는 데 필요한 기술적 토대를 마련하는 데 있습니다.

4. 세부 추진 내용

농촌진흥청은 버려지는 밀짚을 친환경 바이오소재 원료로 활용하기 위해 기존의 비효율적이고 환경 부담이 큰 화학약품 처리 방식의 한계를 극복하는 데 중점을 두었습니다. 이를 위해 친환경 공융용매(Deep Eutectic Solvent, DES) 처리 기술을 핵심 방법론으로 채택했습니다. 공융용매는 두 가지 이상의 고체 물질을 특정 비율로 혼합했을 때, 각 성분의 녹는점보다 훨씬 낮은 온도에서 액체 상태가 되는 혼합물로, 독성이 낮고 재활용이 가능하여 기존 유기 용매의 친환경적 대안으로 주목받고 있습니다.

세부적으로, 연구팀은 비타민 B군의 일종인 콜린클로라이드(Choline Chloride)와 화장품 및 식품에 널리 쓰이는 안전한 알코올 성분인 글리세롤(Glycerol)을 섞은 공융용매에 3.2%의 알칼리(수산화나트륨, NaOH)를 첨가하는 최적화된 전처리 방법을 개발했습니다. 이 기술을 밀짚에 적용한 결과, 밀짚 내 셀룰로오스 함량을 기존 32.4%에서 46.6%로 약 14%포인트 증가시켰으며, 추출된 셀룰로오스가 미생물 발효에 필요한 당으로 전환되는 수율(원료 물질이 목적하는 생성 물질로 얼마나 효율적으로 변환되었는지를 나타내는 비율)을 기존 14%에서 93%로 대폭 향상시키는 데 성공했습니다. 이는 밀짚의 섬유질 구조를 효과적으로 분해하여 당화(다당류를 단당류로 분해하는 과정) 효율을 극대화한 결과입니다. 또한, 연구팀은 반응표면분석모델(RSM)을 활용하여 NaOH 농도 3.2%, 반응 시간 102분, 반응 온도 132°C가 포도당 수율을 93.01%까지 끌어올리는 최적 조건임을 과학적으로 입증했습니다. 이 기술은 농촌진흥청 국립식량과학원 소득식량작물연구소에서 주도적으로 개발되었으며, 관련 기술은 이미 특허(10-2024-0188643)로 출원되어 기술 보호 및 상용화 기반을 마련했습니다.

5. 기대 효과

이번 농촌진흥청의 밀짚 활용 친환경 소재 원료화 기술 개발은 다방면에서 긍정적인 기대 효과를 가져올 것으로 예상됩니다. 첫째, 버려지던 농업부산물인 밀짚을 고부가가치 자원으로 재활용함으로써 환경 오염을 줄이고 자원 낭비를 막는 데 크게 기여할 것입니다. 이는 순환 경제 구축에 중요한 발판이 되며, 농업 분야의 지속 가능성을 높이는 데 일조합니다. 둘째, 바이오플라스틱 등 친환경 바이오소재 산업에 안정적이고 경제적인 원료 공급원을 제공하여 국내 바이오산업의 경쟁력을 강화하고 새로운 성장 동력을 확보할 수 있습니다. 셋째, 농업부산물에 새로운 경제적 가치를 부여함으로써 농가에 추가적인 소득 창출 기회를 제공하고, 농업의 부가가치를 높이는 데 기여할 것입니다. 넷째, 기존 화학약품 처리 방식의 환경 부담을 줄이는 친환경 공정을 통해 지속 가능한 생산 시스템을 구축하고, 소비자들에게는 더욱 친환경적인 제품을 제공할 수 있게 됩니다. 궁극적으로 이 기술은 농업과 산업, 환경이 상생하는 모델을 제시하며, 미래 사회의 지속 가능한 발전에 중요한 역할을 할 것으로 기대됩니다.

6. 향후 계획

농촌진흥청은 이번에 개발된 밀짚 유래 섬유소 추출 및 당 전환 기술의 상용화를 위해 다각적인 노력을 기울일 계획입니다. 우선, 특허 출원된 공융용매 활용 기술을 바탕으로 밀짚에서 당을 안정적이고 경제적으로 대량 생산할 수 있는 공정을 확립하는 데 주력할 것입니다. 이를 위해 관련 산업체와의 협력을 통해 파일럿 규모의 생산 시설 구축 및 공정 최적화 연구를 추진할 수 있습니다. 또한, 밀짚 외에도 다양한 농업부산물(예: 벼 짚, 옥수수대 등)을 활용한 바이오소재 연구를 확대하여 적용 범위를 넓히고, 국내 농업부산물 자원의 활용도를 극대화할 예정입니다. 궁극적으로는 이러한 연구와 기술 개발을 통해 바이오플라스틱, 바이오연료, 바이오화학제품 등 다양한 바이오소재 산업의 기반을 구축하고 강화하여, 지속 가능한 농업과 친환경 산업 발전에 기여하는 것을 목표로 하고 있습니다.