미생물을 활용한 친환경 플라스틱의 제조하는 다양한 방안

[아이팍스]

미생물을 활용한 친환경 플라스틱의 제조하는 다양한 방안

KISTI 『글로벌동향브리핑(GTB)』 2009-05-20

2008년 에너지 위기는 21세기 어렴풋이 보이기 시작하는 연료 부족의 가려진 부산물을 강조하기 시작했다. 플라스틱(plastic)과 같은 석유를 근간으로 하는 제품은 사회적으로 당연하게 필요한 제품으로 받아들여지고 있지만 그 제조에는 오일 소비가 불가피하다. 2009년 5월 19일 미국 미생물학회(American Society for Microbiology)에서 발표된 새로운 연구에 따르면, 분탄(slack)에서 수거한 미생물을 활용하여 환경친화적인 플라스틱(environmentally friendly plastics)을 제조할 수 있다고 과학자들은 밝히고 있다.

농업, 산업 및 가정에서 발생하는 유기 폐기물(organic waste)은 현재는 버려지고 있지만 매우 다양한 자원을 형성하거나 바이오가스로 전환될 수 있다. 지속 가능성의 관점에서, 버려지는 유기 자원을 화학 물질로 전환하는 것이 바람직하다고 네덜란드 델프트 공과대학(Delft University of Technology) 소속의 Mark van Loosdrecht는 밝혔다. van Loosdrecht는 박테리아를 이용하여 유기 폐기물을 PHAs(polyhydroxyalkanoates)라고 알려진 바이오플라스틱(bioplastics)으로 전환시키는 연구를 수행해왔다.

PHAs는 당 또는 지질의 박테리아 발효(bacterial fermentation)에 의해 생산되는 폴리에스테르 계열의 플라스틱이다. PHAs는 탄소와 에너지를 저장하기 위해 박테리아에 의해 생산된다. 150개 이상의 다양한 단량체가 이러한 가계와 결합하여 극도로 다른 특성을 가진 물질을 만들어낸다. 이러한 플라스틱은 생분해가 가능하고, 바이오플라스틱 제조에 사용된다. 그러나 기존의 플라스틱을 생산하는데 소요되는 비용과 비교되는 PHA 생산에 소요되는 고가의 비용은 친환경 PHA의 광범위한 응용을 제한해왔다.

폐수처리시스템에서 유래된 기술을 이용하여 van Loosdrecht 연구진은 유기 폐기물을 PHAs로 전환하기 위한 뚜껑이 없는 미생물 배양체(open microbial culture)를 이용한 공정을 개발했다. 새로운 공정은 특정 속도에서는 3배 이상 더 빠르게 기존의 공정보다 훨씬 더 많은 PHA를 제조할 수 있다.

한편 영국 더블린 대학(University College in Dublin) 소속의 Kevin O`Connor 역시 폐기물에서 PHAs를 제조하기 위하여 박테리아를 이용하는 새로운 공정을 개발했지만, 이 공정에서 사용되는 폐기물은 유기 폐기물이 아니다. O`Connor는 전형적인 플라스틱을 생분해가 가능한 플라스틱으로 전환하는 방안을 개발했다. 열분해(pyrolysis)라고 명명되는 공정을 이용하여 폐기용 플라스틱은 공기가 없는 조건에서 가열되어 분자 결합이 분해된다. 가열되어 분자 결합이 분해된 상태의 폐기용 플라스틱은 오일의 형태로 분해되어 이러한 오일을 영양분으로 섭취하는 자연적인 토양 박테리아가 주입되면 PHA가 생산된다.

이 공정은 광범위하게 사용되는 플라스틱 중 하나인 폴리스틸렌(polystyrene)을 이용하여 처음으로 개발됐지만, O`Connor는 폴리에틸렌, 생수병 제조에 사용되는 플라스틱인 PET(terephthalate) 등을 포함한 다른 플라스틱에 대하여도 연구 중이라고 밝혔다.

미국 뉴욕 주 브루클린에 위치한 산업기술대학(Polytechnic University in Brooklyn, New York) 소속의 Richard Gross는 식물성 오일에서 폴리에틸렌과 같이 광범위하게 사용될 수 있는 플라스틱을 제조하는데 사용될 수 있는 빌딩 블럭(building block)을 제조하는데 박테리아를 이용하고 있다. 그러나 폴리에틸렌과는 달리 빌링 블럭은 폐기될 때 온화한 효소 방법을 이용하여 바이오디젤 연료로 전환될 수 있다.

DARPA(Defense Advanced Research Projects Agency)가 제시한 플라스틱 분야의 도전 과제는 액체 연료로 플라스틱을 분해하는 것이다. 빌딩 블럭에서 플라스틱을 제조하는 방안은 나중에 연료 자원으로 기여할 수 있다고 Gross는 밝혔다.

이 연구를 위한 기본적인 출발 물질은 지방산으로 이루어진 식물성 오일이다. Gross는 DNA 2.0사와 공동으로 지방산을 바이오플라스틱으로 처리될 수 있는 화합물로 발효시키기 위하여 이스트를 유전자 조작했다.

플라스틱이 폐기될 때 플라스틱은 효소를 이용하여 분해 및 처리되어 바이오디젤로 전환될 수 있다. 실험실에서 플라스틱을 바이오디젤로 전환시키는 공정이 제어되는 반면, 상업적으로 이용할 수 있을 정도의 효율성을 갖추지 못하고 있다. Gross는 현재 실제적으로 효율성을 개선할 수 있는 효소 및 미생물을 찾고 있다고 밝혔다.

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