공기 중 이산화탄소로 '친환경 플라스틱' 생산한다
상태바
공기 중 이산화탄소로 '친환경 플라스틱' 생산한다
  • 정 현 기자
  • 승인 2024.06.28 09:31
  • 댓글 0
이 기사를 공유합니다

- KIST 고자경 박사, 이동기 박사 연구팀 연구 수행
- 이산화탄소에서 친환경 바이오플라스틱 직접 생산하는 '생물-전기 융합시스템' 개발
- 세계 최고 수준의 미생물 유래 친환경 바이오플라스틱(PHA) 생산성 달성
- 논문, SCI급 국제학술지 'Advanced Science' 게재

[위즈뉴스] 기후변화와 환경오염 문제를 동시에 해결할 수 있는 이산화탄소에서 바로 바이오플라스틱을 만들어 내는 기술이 주목받고 있는 가운데, 국내 연구진이 공기 중 이산화탄소로 지구를 살리는 친환경 플라스틱을 생산하는 기술을 개발했다.

한국과학기술연구원(KIST, 원장 오상록)은 2일, 청정에너지연구센터 고자경 박사와 이동기 박사 연구팀이 전기화학 시스템과 미생물 배양 시스템을 결합해 공기 중 이산화탄소에서 친환경 바이오플라스틱인 폴리하이드록시알카노에이트(PHA, Polyhydroxyalkanoate)를 효율적으로 생성할 수 있는 '생물-전기 융합기술'을 개발했다고 밝혔다.

왼쪽부터 이동기 박사, 고자경 박사, 문병철 연구원 / 사진=KIST

PHA는 미생물에 의해 합성되는 천연 고분자로 토양뿐 아니라 해양 환경에서도 생분해되며 식품 포장재, 의료용품 등에 사용된다. 

기존의 CCU(Carbon Capture and Utilization) 기술로 생산되는 화합물은 생분해성인 경우가 적고 복잡한 화학반응 단계를 거쳐야하는 반면, 미생물을 이용해 이산화탄소로부터 친환경 생분해성 플라스틱을 생성하는 기술은 플라스틱 폐기물 문제를 해결할 수 있으며 이산화탄소를 플라스틱으로 전환하기 위한 추가적인 에너지 투입이 적어 차세대 이산화탄소 전환 기술로 평가받고 있다.

이번 연구 결과를 담은 논문은 SCI급 저명 국제학술지 'Advanced Science(IF=14.3)' 최근호에 게재됐으며, 해당 저널의 ‘Hot Topic: Carbon Dioxide’에도 소개됐다.

논문명은 'Biocompatible Cu/NiMo Composite Electrocatalyst for Hydrogen Evolution Reaction In Microbial Electrosynthesis; Unveiling the Self-Detoxification Effect of Cu'이며, 고자경 박사와 이동기 박사가 공동 교신저자로, 문병철 연구원이 제1저자로 참여했다.

"대기 중 이산화탄소 감축할 수 있는 탄소중립 위한 핵심기술로 발전할 것"

연구팀의 고자경 박사는 “이번 연구 성과는 생물공학과 전기화학 분야의 융합 원천 기술로 전기에너지로 이산화탄소를 복잡한 고분자 물질로 바로 변환할 수 있음을 보여주는 좋은 사례”라며 “대기 중 이산화탄소를 직접적으로 감축할 수 있는 탄소중립을 위한 핵심 기술로 많은 발전과 활용이 기대된다”라고 밝혔다.

국제학술지 'Advanced Science' 최근호에 게재된 해당 논문
doi.org/10.1002/advs.202309775

연구팀은 이산화탄소를 먹고 친환경 바이오플라스틱인 폴리하이드록시알카노에이트(PHA, Polyhydroxyalkanoate)를 만드는 능력을 지닌 수소 산화 박테리아에 주목했다.

이 미생물의 배양을 위해 물을 전기 분해해 실시간으로 생산된 수소를 에너지원으로 공급하고 이를 통해 이산화탄소로부터 바이오플라스틱을 생산할 수 있는 생물-전기 융합시스템을 개발했다.

그러나 물을 전기 분해하는 과정에서 독성물질인 활성산소와 금속이온이 부산물로 생성돼 미생물의 성장을 저해하는 문제가 있었다.

이를 해결하기 위해 미생물에 대한 독성이 매우 낮고 쉽게 금속으로 돌아갈 수 있는 특성을 가진 구리가 첨가된 촉매를 개발했다. 또한, 연구팀은 개발된 촉매의 표면에 코팅된 구리가 미생물 배양액에 녹았다가 다시 전극으로 돌아가는 순환과정에서 활성산소를 빠르게 분해하는 독성물질 자가 해독 메커니즘을 규명하는 데 성공했다.

그 결과, 기존 촉매를 활용할 때보다 수소 생산성 및 활성산소 제거 속도가 높아졌을 뿐만 아니라 활성산소 생산량이 감소해 300mg/L이었던 미생물 유래 PHA 생산성을 세계 최고 수준인 487mg/L으로 높였다.

자료이미지=KIST

[그림설명] 이산화탄소, 물, 미생물, 전기를 이용한 생분해성 바이오플라스틱 생산
전기화학적 물분해 반응과 미생물 배양을 일체화하여 공기 중 이산화탄소를 생분해성 바이오플라스틱인 PHB로 전환 가능한 플랫폼 기술

연구팀은 이산화탄소로부터 생성되는 PHA의 대량생산을 위해 생물-전기 반응조 대용량화 및 반응 조건 최적화 연구를 수행할 예정이다.

이를 통해 석유 기반 플라스틱이나 다른 바이오플라스틱보다 2~5배 높은 생산 단가를 낮춤으로써 미생물 유래 PHA가 비닐, 플라스틱 용기 등 다양한 시장에서 탄소중립을 동시에 실현할 수 있는 차세대 친환경 플라스틱으로 자리매김할 것으로 기대된다.

이번 연구는 과학기술정보통신부의 지원을 받아 KIST 주요사업과 바이오의료기술개발사업, 원자력연구개발사업으로 수행됐다.



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