바이오플라스틱 소재, 친환경 대량 생산 해법은?
바이오플라스틱 소재, 친환경 대량 생산 해법은?
  • 함예솔
  • 승인 2020.01.15 01:00
  • 조회수 1272
  • 댓글 0
이 기사를 공유합니다

요약

 

플라스틱 및 다양한 화학제품 원료 소재인 세바식산(sebacic acid)을 식물유 원료로부터 생물학적으로 대량 생산하는 기술을 개발했습니다. 친환경의 미생물화학 공정을 개발하고 생산된 세바식산을 고순도로 분리·정제하는 공정을 개발했습니다. 또한 폴리아마이드 중합공정을 통해 고성능 바이오나일론 610(nylon 610)을 성공적으로 합성했습니다. 

친환경적인 플라스틱이 다가오고 있다. 출처: AdobeStock
친환경적인 플라스틱, 대량 생산 가능해진다. 출처: AdobeStock

한국생명공학연구원 바이오상용화지원센터 안정호 박사팀은 플라스틱 및 다양한 화학제품 원료 소재인 세바식산(sebacic acid)을 식물유 원료로부터 생물학적으로 대량 생산하는 기술을 개발했습니다. 이 기술을 활용한 세바식산 생산량은 세계 최고 수준이며 향후 산업적으로 활용돼 바이오플라스틱 소재 산업 성장에 큰 기여를 할 것으로 기대됩니다. 이번 연구는 영국왕립화학회에서 발간하는 세계적 학술지인 <Green Chemistry>에 게재됐습니다. 

  • 세바식산(HOOC-(CH2)8-COOH)

가소제, 윤활제, 화장품 및 플라스틱의 생산을 포함해 다양한 산업에 응용되는 물질이다. 

파자마유 열분해 공정으로 얻는 세바식산, 환경에 악영향

 

세바식산은 가소제, 윤활제, 화장품 및 플라스틱의 생산을 포함하여 다양한 산업에 응용될 수 있는데요. 특히, 정밀부품, 필라멘트 등에 활용되는 나일론의 전구체로 활용 가능합니다. 현재는 피마자유(castor oil)를 고온의 열분해 공정을 통해 세바식산이 생산됩니다. 하지만 이러한 화학공정은 고온의 합성공정을 수반하며 이러한 과정에서 상당한 양의 황산을 소비합니다. 

 

이 과정에서 심각한 환경오염을 일으킬 수 있는 황산나트륨을 함유한 폐수를 방출하는 등의 문제점이 존재합니다. 이에 세바식산의 주요 생산 국가인 중국은 세바식산 생산공장에 대한 환경법령을 적용해 공장 가동일을 줄이고 있는데요. 이에 대체 생산 기술 개발이 요구되고 있는 상황입니다. 

 

친환경적인 새로운 공정으로 세바식산 만든다

미생물공정을 이용한 식물유의 세바식산 전환공정 개요도. 출처: 한국생명공학연구원
미생물공정을 이용한 식물유의 세바식산 전환공정 개요도. 출처: 한국생명공학연구원

연구팀은 기존의 고온·고압의 화학공정을 통한 세바식산 생산을 대체 할 수 있는 친환경의 미생물화학공정을 개발하고 생산된 세바식산을 고순도로 분리·정제하는 공정을 개발했습니다. 또한 폴리아마이드 중합공정을 통해 고성능 바이오나일론 610(nylon 610)을 성공적으로 합성했습니다.

 

미생물화학공정

미생물공정은 화학공정에 비해 친환경적인 공정, 무한히 재생 가능한 생촉매 사용과 같은 여러 장점을 가집니다.

  • 폴리아마이드 중합공정 

고온에서 물(H2O)을 제거하면서 카르복실기(-COOH)와 아민기(-NH2) 간의 아마이드 결합(-COHN-)을 생성하는 반응입니다.

  • Nylon 610

세바식산과 헥사메틸렌디아민(Hexamethylenediamine)과의 중합공정을 통해 생산되는 나일론으로 전기절연체, 정밀부품, 필라멘트 등에 활용됩니다.

연구팀은 미생물 균주(효모 캔디다 트로피칼리스) 유전자 조작을 통하여, ω-산화 반응에 관여하는 유전자들을 증폭시킴으로써 식물 유래의 지방산 원료로부터의 세바식산 생산 능력을 향상시켰습니다. 참고로 ω-산화반응은 알칸이나 지방산의 ω-위치 탄소를 산화시켜서 알콜기 알데히드기를 거쳐 카르복실기로 전환시켜 주는 반응을 말합니다.

미생물 기반의 세바식산 생산, 정제 및 중합의 개략도. 출처: 한국생명공학연구원
미생물 기반의 세바식산 생산, 정제 및 중합의 개략도. 출처: 한국생명공학연구원

또한 배양 공정에 관여하는 온도, pH, 용존산소량, 원료의 투입 속도 등의 조건들을 최적화 하여 세바식산을 세계 최고 수준으로 생산(98.3 g/L의 농도와 98%의 생산 수율)했습니다. 

 

연구팀은 실험실 규모에서 구축한 세바식산 생산 공정을 파일롯 규모(50L 배양기)에서도 성공적으로 재현해, 본 연구 결과의 산업적 적용 가능성을 확인했습니다. 연구팀은 국내 기업들과 협동연구를 통해 바이오 공정을 통해 생산된 세바식산을 고순도로 분리하고 정제했는데요. 중합공정을 통해 바이오나일론610(nylon 610)을 성공적으로 합성했습니다. 

안정오박사. 출처: 한국생명공학연구원
안정오박사. 출처: 한국생명공학연구원

 

 

 

연구 책임자인 안정오 박사는 "이번 연구 성과는 재생 가능한 바이오자원 유래의 세바식산 생산공정을 통해 기존의 화학적 생산방법을 대체 가능하다는 걸 보여준다"고 밝혔습니다.

 

 

 

 


##참고자료##

 


댓글삭제
삭제한 댓글은 다시 복구할 수 없습니다.
그래도 삭제하시겠습니까?
댓글 0
댓글쓰기
계정을 선택하시면 로그인·계정인증을 통해
댓글을 남기실 수 있습니다.

  • 충청남도 보령시 큰오랏3길
  • 법인명 : 이웃집과학자 주식회사
  • 제호 : 이웃집과학자
  • 청소년보호책임자 : 정병진
  • 등록번호 : 보령 바 00002
  • 등록일 : 2016-02-12
  • 발행일 : 2016-02-12
  • 발행인 : 김정환
  • 편집인 : 정병진
  • 이웃집과학자 모든 콘텐츠(영상,기사, 사진)는 저작권법의 보호를 받은바, 무단 전재와 복사, 배포 등을 금합니다.
  • Copyright © 2016-2021 이웃집과학자. All rights reserved. mail to contact@scientist.town
ND소프트