플라스틱산업 사출 / 압출 / 금형 /원료

효과적인 PET 재활용을 위한 통합공정 모식도

한국연구재단은 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 개발했다고 밝혔다. 이 기술은 일상생활과 산업현장에서 다른 물질로 대체하기 어려운 플라스틱, 쓰고 버려지는 플라스틱을 수거해 새로운 물질을 생산할 수 있는 공정이다.

기술 개요

플라스틱은 단단하지만 유연하고 방수성이 뛰어나며, 가볍기 때문에 이러한 독특한 특성 때문에 의류, 식품, 의료 및 자동차 등 다양한 산업 등에서 전 세계적으로 널리 사용되고 있다. 그러나 이러한 견고한 물성으로 인해 자연에서 쉽게 분해되지 않기 때문에 무분별한 플라스틱 사용이 환경에 심각한 피해를 주고 있다. 2015년에 약 6억 3천만 톤에 달하는 플라스틱이 생산됐고, 그 중 60% 매립되고, 오직 9%만이 재활용이 됐다.

플라스틱의 견고한 물성으로 인해 산업 전반에서 플라스틱을 다른 물질로 대체하기는 어려운 만큼 플라스틱 재활용률을 높이기 위해 가장 많이 사용되는 플라스틱, PET에 대한 연구가 특히 활발하다.

대표적인 PET재활용 방법으로는 PET를 수거하고 분류해 세척 후, 다시 사용하는 방법, PET를 소각함으로써 생성되는 열을 이용하는 방법, 물리적 또는 화학적 방법을 통해 PET를 분해하고 다시 PET를 재생산하는 방법 등이 있다. 그러나 이렇게 재생산된 PET의 품질은 기존보다 떨어지는 경향이 있다.

연구 내용

기존 기술은 크게 PET 분해 및 생물학적 전환공정으로 구성된다. 생물전환공정은 미생물을 이용한 발효공정으로서, 미생물 성장 및 활성에 저해가 되는 물질들이 있으면 원활한 생물전환공정을 이룰 수 없다.

앞선 분해공정이 후공정인 생물공정에 영향을 미치지 않으면서도 친환경적이고 효과적인 공정을 생각하는 것이 가장 큰 과제였다.

또한 PET 분해과정으로 오늘날 친환경적인 분해를 위해 PET를 분해할 수 있는 효소들을 발견하고 개량해서 적용하는 연구들이 주를 이루고 있다. 그럼에도 불구하고 아직까지 효소만을 이용해 효과적으로 PET를 분해하기에 한계가 있다.

이에 연구팀은 화학적 분해공정과 효소적 분해공정을 조합하면 어떨지 고민한 끝에, 친환경적 이면서도 후공정인 생물공정에 영향을 미치지 않는 생체적합한 촉매를 모색했다. 그러던 중 생물체에서 삼투압, 고온, 및 탈수와 같은 환경적인 스트레스 작용기작에 반응해 세포를 보호하기 위해 생합성되는 베타인이라는 촉매에 연구를 집중했다.

베타인은 양쪽성 이온으로서 한 물질에 양이온과 음이온을 동시에 가지고 있기 때문에, 현재까지 PET 분해에 있어 효과적으로 여기지는 이온성 액체와 유사한 반응을 할 수 있을 것이라고 예상하고 적용시킴으로써 문제를 극복했다.

그로 인해 매순간 반응마다 반응산물들을 분리하지 않고 최종 반 응산물들만 분리정제 공정을 거치면 되기 때문에 공정이 더 단순하고 경제적이라 할 수 있다. PET로부터 대량생산을 위한 고농도, 고수율의 분해산물 생산 사례가 없었던 공정을 새로운 촉매를 이용한 화학적 전처리와 효소전환을 순차적 통합한 효율적인 PET분해공정을 구축한 것에 그 의의가 있다.

즉 세 연구팀은 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 제시했다.

기대성과

오늘날 무분별한 플라스틱 사용과 이에 따라 발생된 폐기물로 인한 환경적 문제가 비단 우리나라뿐만 아니라, 전 세계적으로 큰 이슈이다. 그러나 대부분의 연구들은 PET를 분해해서 다시 PET를 생산하는데 그치거나, 또한, PET를 분해하기 위해 새로운 효소를 탐색하고 그 후 개량하는 연구에만 중점을 두고 있다. 그러나 효소만으로 PET를 분해하는 데는 한계가 있다.

국내뿐만 아니라 해외에서도 PET로부터 대량생산을 위한 고농도, 고수율의 분해산물 생산 사례가 없었던 공정을 신규한 촉매를 이용한 화학적 전처리와 효소전환을 순차적 통합한 효율적인 PET분해공정을 구축한 것에 그 의의가 있다.