일상생활과 산업 현장에서 다른 물질로 대체하기 어려운 플라스틱, 쓰고 버려지는 플라스틱을 수거해 다시 플라스틱으로 재활용하는 것이 아니라 새로운 물질을 생산할 수 있는 공정이 소개됐습니다.
고려대학교 생명과학대학 김경헌 교수 연구팀이 한국화학연구원 김희택 박사 연구팀 및 포항공대 한정우 교수 연구팀과 함께 친환경적이고 생체적합성이 높은 촉매를 이용해 PET 폐기물을 효율적으로 분해하는 공정을 개발했습니다. 해당 연구결과는 'ACS Catalysis'에 게재됐습니다.
PET 사슬 끊는 촉매
생물전환공정을 통해 PET를 분해해 얻은 성분으로 화장품이나 손소독제 등의 원료로 쓰일 수 있는 글리콜산, 프로토카테큐익 산이나 나일론 같은 다른 고분자 물질을 합성할 수 있습니다. 미생물이 분비하는 효소에 의해 PET를 바로 단량체(monomer)로 분해하기 전 PET를 먼저 저중합체(oligomer)로 예비로 분해하는 공정을 거치는 것이 단량체의 수율이나 농도면에서 훨씬 유리합니다. 참고로 PET처럼 같은 단위체가 반복적으로 연결된 크기가 큰 중합체를 고분자(polymer)라고 하는데 가장 작은 반복단위를 단량체(monomer)라고 하며, 반복단위가 수개~ 수십 개 정도 연결된 것을 저중합체(oligomer) 라고 합니다.
연구팀은 효소에 의한 분해공정이 최적의 조건에서 이뤄질 수 있도록 효소 및 미생물 발효에 방해가 되는 구성성분을 최소화 할 수 있는 분해공정을 개발하고자 했습니다. 연구팀은 지속적인 연구결과, 베타인이라는 물질이 PET를 효율적으로 분해하는데 도움을 주는 촉매로 작용할 수 있음을 알아냈습니다. 동물, 식물 및 미생물 같은 생물체에 널리 존재하는 베타인은 삼투압, 고온 및 탈수 같은 환경적 스트레스에 반응하여 생성되는 물질입니다.
베타인은 양이온과 음이온을 동시에 가진 양쪽성 이온으로, PET 분해에 효과적이라고 알려진 촉매인 이온성 액체와 유사한 반응을 할 것이라고 가정한 데 따른 겁니다. 실제 베타인을 이용해 투입된 PET의 80% 이상을 올리고형태로 분해할 수 있었고, 각 반응별 산물을 매번 분리하는 과정 없이 발효공정 후 최종 반응산물만 분리하면 되기 때문에 공정을 단순화할 수 있었습니다. 또한 효소반응 및 미생물에 의한 발효공정에 방해가 되는 금속 이온이나 유기화합물 등을 사용하지 않아 최종물질 분리가 더 용이하도록 했습니다.
PET로부터 대량생산을 위한 고농도, 고수율의 분해산물 생산 사례가 없었던 공정을 새로운 촉매를 이용한 화학적 전처리와 효소전환을 순차적 통합한 효율적인 PET분해공정을 구축한 것에 그 의의가 있습니다. 무분별한 플라스틱 사용과 이에 따라 발생된 폐기물로 인한 환경적 문제가 전 세계쩍으로 큰 이슈인만큼, 플라스틱 폐기물을 효율적으로 재활용할 수 있는 이번 연구 방법은 향후 플라스틱 폐기물로 인한 환경문제를 해결하는데 도움이 될 전망입니다.
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