버려지는 PET병, 손소독제 및 신물질로 새롭게 태어난다
미생물에 의한 PET 분해 쉽도록 미리 작은 조각으로 분해
김경헌 교수팀, PET를 고부가가치 원료로 재활용하는 원팟(one-pot) 공정 제안
▲ 왼쪽부터 김경헌 교수(교신저자), 김동현 박사(공동 제1저자), 한동오 학생(공동제1저자)
일상생활과 산업현장에서 다른 물질로 대체하기 어려운 플라스틱, 쓰고 버려지는 플라스틱을 수거해 다시 플라스틱으로 재활용하는 것이 아니라 새로운 물질을 생산할 수 있는 공정이 소개돼 화제다.
한국연구재단은 생명과학대학 식품공학과 김경헌 교수 연구팀이 한국화학연구원 김희택 박사 연구팀 및 포항공대 한정우 교수 연구팀과 함께 친환경적이고 생체적합성이 높은 촉매를 이용해 PET 폐기물을 효율적으로 분해하는 공정을 개발했다. 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 하였다.
연구팀은 지속적인 연구결과, 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.
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.
과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 중견연구사업 및 신진연구사업 등의 지원으로 수행된 이번 연구의 성과는 미국화학회에서 출간하는 촉매분야 국제학술지 ‘에이씨에스 카탈리시스(ACS Catalysis, IF=12.35)’에 3월 23일에 게재됐다.
* 논문명 : One-pot chemo-bioprocess of PET depolymerization and recycling, enabled by a biocompatible catalyst, betaine
* 저자 : 김경헌 교수(교신저자/고려대학교), 김동현 박사(공동 제1저자/고려대학교), 한동오 (공동 제1저자/고려대학교), 심규인(공동저자/포항공과대학교), 김재균(공동저자/고려대학교), 제프리 펠튼 박사(공동저자/캘리포니아 버클리 대학교), 류미희 연구원(공동저자/한국화학연구원), 주정찬 박사(공동저자/한국화학연구원), 한정우 교수(공동저자/포항공과대학교), 김희택 박사(공동저자/한국화학연구원)
커뮤니케이션팀 서민경(smk920@korea.ac.kr)