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플라스틱 분해, 생물효소로 어렵다면 화학공정으로 미리 잘게 쪼갠다
  • 박희정 기자
  • 승인 2021.05.10 09:30
  • 호수 140
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현실적으로 다른 물질로 대체하기 어려운 플라스틱, 쓰고 버려지는 플라스틱을 수거해 새로운 물질을 생산하기 쉽게 미리 잘게 분해하는 기술이 개발됐다. ‘베타인’이라는 물질을 통해서다.

 

대체하기 어렵다면 분해라도 쉽게

플라스틱은 단단하지만 유연하고 방수성이 뛰어나며, 가볍기도 해 의류, 식품, 의료, 자동차 산업 등 거의 모든 분야에 널리 사용되고 있다. 그러나 이러한 견고한 물성으로 인해 자연에서 쉽게 분해되지 않아 무분별한 사용이 환경에 심각한 피해를 주고 있다. 2015년 약 6억 3000만 톤에 달하는 플라스틱이 생산됐고, 그중 60%가 매립됐으며, 오직 9%만이 재활용됐다고 한다.

당장 산업 전반에서 플라스틱을 다른 물질로 대체하기는 어려운 만큼 플라스틱 재활용률을 높이는 것이 과제다. 현재 가장 많이 사용되는 플라스틱, PET에 대한 연구가 특히 활발하다고 한다.

대표적인 PET 재활용 방법으로는 PET를 수거하고 분류해 세척한 후, 다시 사용하는 방법, PET를 소각할 때 생성되는 열을 이용하는 방법, 물리적 또는 화학적 방법을 통해 PET를 분해하고 다시 PET를 재생산하는 방법들이 있다. 대부분의 연구들이 PET를 분해한 뒤 재생산하는 데 맞춰져 있지만 재생산된 PET의 품질은 기존보다 떨어지는 경향이 있다고 한다.

PET 폐기물 효율적으로 분해하는 공정 개발

이러한 상황에서 김경헌 교수 연구팀(고려대학교 생명과학대학)은 김희택 박사 연구팀(한국화학연구원), 한정우교수 연구팀(포항공대)과 함께 친환경적이고 생체적합성이 높은 촉매를 이용해 PET 폐기물을 효율적으로 분해하는 공정을 개발했다고 밝혔다. 생물전환공정을 통해 PET를 분해해 얻은 성분으로 화장품이나 손 소독제 등의 원료로 쓰일 수 있는 글리콜산, 프로토카테큐익산이나 나일론같은 다른 고분자 물질을 합성할 수 있다.

PET 분해는 화학적 분해와 생물학적 전환공정으로 구성되는데, 생물전환공정은 미생물을 이용한 발효공정으로서, 미생물 성장과 활성에 저해가 되는 물질들이 있으면 원활한 생물전환공정을 이룰 수 없다. 선 분해공정이 후공정인 생물공정에 영향을 미치지 않으면서도 친환경적이고 효과적인 공정을 생각하는 것이 가장 큰 과제라고 할 수 있는 것이다.

연구팀은 “PET 분해과정으로 오늘날 친환경적인 분해를 위해 PET를 분해할 수 있는 효소들을 발견하고 개량해서 적용하는 연구들이 주를 이루고 있으나, 그럼에도 불구하고 아직까지 효소만을 이용해 효과적으로 PET를 분해하기에 한계가 있다”고 전했다. 이에 연구팀은 화학적 분해공정과 효소적 분해공정을 조합하면 어떨지 고민한 끝에, 친환경적이면서도 후공정인 생물공정에 영향을 미치지 않는 생체적합한 촉매를 모색하게 됐고, 그러던 중 생물체에서 삼투압, 고온, 탈수와 같은 환경적인 스트레스 작용기작에 반응해, 세포를 보호하기 위해 생합성되는 베타인이라는 촉매에 관심을 가지게 됐다.

연구팀은 “베타인은 양쪽성 이온으로서 한 물질에 양이온과 음이온을 동시에 가지고 있기 때문에, 현재까지 PET 분해에 있어 효과적으로 여기지는 이온성 액체와 유사한 반응을 할 수 있을 것이라고 예상하고 적용시킴으로써 문제를 극복”할 수 있었다고 전한다. 이로 인해 매순간 반응마다 반응산물들을 분리하지 않고 최종 반응산물들만 분리정제 공정을 거치면 돼 공정이 더 단순하고 경제적이라고 한다.

 

실용화를 위한 과제는?

PET 또는 플라스틱은 이미 우리들의 삶에서 없어서는 안되는 발명품 중에 하나가 됐다. 당장 이를 대체하기는 쉽지 않다. 따라서 이번 연구가 더욱 발전돼서 실용화가 된다면, 사용된 PET를 이용해서 새로운 물질을 생산할 수 있는 원료로 활용할 수 있을 것이다.

연구팀은 “공정이 실질적으로 구현가능한지 알아보고 더발전하기 위해선, 우선, 얼마나 경제적인 공정인지 다각적인 요소들을 고려한 경제성 분석이 필요할 것”이라고 말했고, 또한 “PET 구성성분들을 자원으로 이용해서 만들어지는 산물들의 다양성을 확보하고 적용가능성을 살펴봐야 한다”고 밝혔다. 그러기 위해서는 “미생물 개량에서부터 분리정제와 신물질 합성에 이르는 학제 간 협력을 할 수 있는 대형과제가 필수적”이라고 덧붙였다. 

 

박희정 기자  doban03@hanmail.net

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