고려대 연구팀, 패트병 분해 후 고부가가치 원료로 재활용하는 새로운 공정 개발
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고려대 연구팀, 패트병 분해 후 고부가가치 원료로 재활용하는 새로운 공정 개발
  • 정 현 기자
  • 승인 2021.03.29 22:53
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논문, 국제학술지 ‘ACS Catalysis’ 3월 23일자 게재

[위즈뉴스] 일상생활과 산업현장에서 쓰고 버려지는 플라스틱을 수거해 다시 플라스틱으로 재활용하는 것이 아니라 새로운 물질을 생산할 수 있는 공정이 소개됐다. 

한국연구재단(이사장 노정혜)은 29일, 고려대학교 생명과학대학 김경헌 교수 연구팀이 한국화학연구원 김희택 박사 연구팀, 포항공대 한정우 교수 연구팀과 함께 친환경적이고 생체적합성이 높은 촉매를 이용해 PET 폐기물을 효율적으로 분해하는 공정을 개발했다고 밝혔다. 

고려대 김경현 교수 / 사진=한국연구재단
고려대 김경현 교수 / 사진=한국연구재단

이번 연구는 PET폐기물을 분해해 얻은 구성성분들을 다시 PET 재생산에 이용하는 것이 아니라, 다른 새로운 고부가가치산물을 생산함으로써 지속적으로 PET를 사용하면서 환경오염을 막을 수 있어 순환경제가 가능한 새로운 패러다임을 제시한 것으로 평가받고 있다.

이번 연구 성과를 담은 논문은 미국화학회에서 출간하는 촉매분야의 SCI급 국제학술지 ‘에이씨에스 카탈리시스(ACS Catalysis, IF=12.35)’ 3월 23일자에 게재됐다.

연구팀의 김경헌 교수는 "PET 또는 플라스틱은 이미 우리들의 삶에서는 없어서는 안되는 발명품 중에 하나가 되었기 때문에 이를 대체하기에는 쉽지 않다"면서 "이번 연구가 더욱 발전돼서 실용화가 된다면, PET를 지금처럼 사용할 수 있으면서 다시 이를 이용해서 새로운 물질들을 생산할 수 있는 원료로 사용될 수 있다"고 말했다. 

국제학술지 'ACS Catalysis' 최근호에 게재된 해당 논문
국제학술지 'ACS Catalysis' 최근호에 게재된 해당 논문

생물전환공정을 통해 PET를 분해하여 얻은 성분으로 화장품이나 손소독제 등의 원료로 쓰일 수 있는 글리콜산, 프로토카테큐익 산이나 나일론 같은 다른 고분자 물질을 합성할 수 있다. 

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 유리하다.

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 한다. 

연구팀은 효소에 의한 분해공정이 최적의 조건에서 이뤄질 수 있도록 효소 및 미생물 발효에 방해가 되는 구성성분을 최소화 할 수 있는 분해공정을 개발하고자 했다. 

연구팀은 지속적인 연구를 통해 베타인이라는 물질이 PET를 효율적으로 분해하는데 도움을 주는 촉매로 작용할 수 있음을 알아냈다.  동물, 식물 및 미생물 같은 생물체에 널리 존재하는 베타인은 삼투압, 고온 및 탈수 같은 환경적 스트레스에 반응하여 생성 되는 물질이다.

효과적인 PET 재활용을 위한  통합공정 모식도 / 자료이미지=한국연구재단
효과적인 PET 재활용을 위한 통합공정 모식도 / 자료이미지=한국연구재단

베타인은 양이온과 음이온을 동시에 가진 양쪽성 이온으로, PET 분해에 효과적이라고 알려진 촉매인 이온성 액체와 유사한 반응을 할 것이라고 가정한 데 따른 것이다.

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 있었다.

또한, 효소반응 및 미생물에 의한 발효공정에 방해가 되는 금속 이온이나 유기화합물 등을 사용하지 않아 최종물질 분리가 더 용이하도록 했다. 

이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 중견연구사업 및 신진연구사업 등의 지원으로 수행됐다.


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