■ 플라스틱 분해, 고부가가치 신물질 합성 기술 개발

■ 플라스틱 분해, 고부가가치 신물질 합성 기술 개발

 

● 플라스틱을 베타인(Betaine) 활용하여 효과적인 재활용 공정 개발

 

플라스틱은 현대 문명의 총아지만, 자연 공해로 자칫 인류의 골칫덩어리로 전락할 위기에 놓였다. 국내 연구진은 이미 생산된 플라스틱을 단순히 재활용하는 것을 넘어 효율적으로 분해하여 고부가가치 물질을 만들어 내는 공정을 개발해 관심을 끌고 있다. 한국연구재단은 김경헌 고려대 교수팀, 김희택 한국화학연구원 박사팀 등 공동 연구팀이 친환경적이고 생체 적합성이 높은 촉매를 이용해 PET 폐기물을 효율적으로 분해하는 공정을 개발했다고 2021년 03월 29일 밝혔다. 특히 생물 전환 공정을 통해 PET를 분해하여 얻은 성분으로 화장품이나 손소독제 등의 원료로 쓰일 수 있는 글리콜산, 프로토카테큐익 산이나 나일론 같은 다른 고분자 물질을 합성할 수 있다.

 

연구팀은 효소에 의한 분해 공정이 최적의 조건에서 이뤄질 수 있도록 효소 및 미생물 발효에 방해가 되는 구성 성분을 최소화 할 수 있는 분해 공정을 개발했다. 특히 베타인(Betaine)이라는 물질이 PET를 효율적으로 분해하는데 도움을 주는 촉매로 작용할 수 있음을 알아냈다. 베타인(Betaine)은 동물, 식물 및 미생물 같은 생물체에 널리 존재하며, 삼투압. 고온 및 탈수 같은 환경적 스트레스에 반응하여 생성 되는 물질이다. 양이온과 음이온을 동시에 가진 양쪽성 이온으로, PET 분해에 효과적이라고 알려진 촉매인 이온성 액체와 유사한 반응을 할 것이라고 가정한 것이 적중했다.

 

실제 베타인(Betaine)을 이용해 투입된 PET의 80% 이상을 올리고 형태로 분해할 수 있었고, 각 반응별 산물을 매번 분리하는 과정 없이 발효 공정 후, 최종 반응 산물만 분리하면 되기 때문에 공정을 단순화할 수 있었다. 효소 반응 및 미생물에 의한 발효 공정에 방해가 되는 금속 이온이나 유기화합물 등을 사용하지 않아 최종 물질 분리가 더 용이하도록 했다.

 

플라스틱은 단단하지만, 유연하고 방수성이 뛰어나며, 가볍기 때문에 의류, 식품, 의료 및 자동차 산업 등에서 널리 사용된다. 그러나, 쉽게 분해되지 않아 미세 플라스틱 문제 등 심각한 환경 공해의 요인이 되고 있다. 2015년 기준 약 6억 3000만t에 달하는 플라스틱이 생산됐지만, 그 중 60% 매립되고, 오직 9%만이 재활용이 됐다. PET 재활용 방법으로는 수거 및 분류해 세척한 후, 다시 사용하거나 PET를 소각함으로써 생성되는 열을 이용하는 방법, 물리적 또는 화학적 방법을 통해 PET를 분해하고 다시 PET를 재생산하는 방법들이 있다. 대부분의 연구들이 후자에 집중하고 있지만, 재생산 PET 제품들은 품질이 떨어지는 결점이 있다. 이번 연구 결과는 미국 화학회에서 출간하는 촉매 분야 국제 학술지 '에이씨에스 카탈리시스(ACS Catalysis)'에 2021년 03월 23일자로 게재됐다.