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폐플라스틱병을 유용한 바닐라 향료로 만드는 기술 개발
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폐플라스틱병을 유용한 바닐라 향료로 만드는 기술 개발
  • 김지연 기자
  • 승인 2021.06.16 09:48
  • 댓글 0
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플라스틱병, 14%만 재활용...의류, 카펫용 섬유 등으로만 전환
유전공학 박테리아 사용해 '바닐린'으로 전환
앞서 폴리에틸렌 테레프탈레이트 중합체를 TA로 분해하는 돌연변이 효소 개발
소비량 많은 오늘날 바닐린 대부분 화석 연료서 추출된 화학물질에서 합성
플라스틱 폐기물을 귀중한 산업화학물질로 업사이클링하는 첫 번째 사례
플라스틱병 /사진=픽사베이
플라스틱병 /사진=픽사베이 ⓒ케미컬뉴스CG

전 세계에서 1분마다 약 100만개의 플라스틱병이 판매되며 그 중 14%만 재활용되고 있다. 재활용되는 병은 보통 의류나 카펫용 섬유 등으로만 전환되며, 국내에서도 순환 경제 프로젝트 등으로 폐플라스틱을 활용한 섬유 원사를 제작해 친환경 가방, 옷 등으로 출시되기도 한다.

그런데 영국의 과학자들이 새로운 연구에서 폐플라스틱병을 유용한 화학물질인 바닐라 향으로 변환하는 기술을 개발해 주목된다.

그린 케미스트리 저널에 발표된 이 연구에 따르면 영국 스코틀랜드 에든버러 대학교의 연구팀이 플라스틱병을 유전공학 박테리아를 사용해 바닐라 향으로 전환했으며, 이것은 폐플라스틱에서 유용한 화학물질을 처음으로 생산한 사례라고 15일 영국 가디언지가 전했다.

식품과 음료 포장 플라스틱이 전 세계 해양 쓰레기를 지배하고 있다 /이미지=가디언지 갈무리

플라스틱병을 수익성 있는 화학물질로의 재활용은 매력적이며 효과적이다. 일반적으로 플라스틱은 한 번 사용 후 바로 버려지고 있으며, 이러한 폐플라스틱을 더 잘 수거하고 사용하는 것은 전 세계 플라스틱 오염 문제를 해결하는 열쇠다. 

연구팀은 맥주를 양조할 때와 같은 조건으로 하루 동안 미생물 액을 37℃로 데워 TA의 79%가 바닐린(vanillin)으로 전환했다고 설명했다.

앞서 연구팀은 음료수병에 사용되는 폴리에틸렌 테레프탈레이트 중합체(Polyethylene Terephthalate Polymer)를 기본 단위인 테레프탈산(TA)으로 분해하는 돌연변이 효소를 개발한 바 있으며, 이제 TA를 바닐린으로 변환하기 위해 미생물을 사용했다.

바닐린의 화학구조
바닐린의 화학구조 /미 국립생명공학정보센터

바닐린은 덩굴성 열대식물인 바닐라의 열매를 발효 시켜 얻는 방향 물질이다. 백색 결정 화합물로 특유의 달콤한 향기를 낸다. 우리 생활에 소비량이 많기 때문에 오늘날 바닐린 대부분은 화석 연료에서 추출된 화학물질에서 합성된다. 아이스크림, 초콜릿, 버터, 각종 식품 향료로 대량 사용되며, 화장품 산업과 의약품, 세척용품을 만드는 데도 사용되는 중요한 화학물질이다. 전 세계적으로 그 수요가 계속 증가하고 있다고 한다.

연구팀은 이번 연구가 플라스틱 폐기물을 귀중한 산업 화학물질로 업사이클링하는 첫 번째 사례이며, 순환 경제에 매우 흥미로운 영향을 미치게 되는 것이라고 밝혔다. 에딘버러 대학의 스테판 월러스는 “우리의 연구 결과는 플라스틱이 문제가 되는 폐기물이라는 인식에 도전한 것이며, 플라스틱이 고부가가치 제품을 만들 수 있는 새로운 탄소 자원으로 사용되는 것을 보여준다”고 말했다.

연구팀은 이 박테리아를 더 변형 시켜 전환율을 더 높일 예정이라고 한다. 연구팀은 로봇화된 DNA 조합시설을 갖추고, 더 많은 양의 플라스틱을 전환하기 위해 공정을 확장할 것이라고 밝혔다. 향수에 사용하는 것과 같은 또 다른 가치 있는 분자들도 TA에서 추출될 수 있다고 한다. 

왕립화학학회 엘리스 크루포드는 “이것은 지속 가능성을 높이기 위해 미생물 과학을 사용하는 정말 흥미로운 방법”이라며 “미생물을 사용해 환경에 해로운 폐플라스틱을 중요한 제품으로 바꾸는 것은 녹색 화학의 아름다운 시연”이라고 표현했다.

최근 연구에서 플라스틱병은 비닐봉지 다음으로 바다에서 흔한 플라스틱 오염물이라는 것을 보여주었으며, 2018년 과학자들이 우연히 플라스틱병을 분해하는 돌연변이 효소를 만들어냈다. 지난해 후속 연구에서 플라스틱병을 더 빨리 먹는 슈퍼 효소를 생산한 바 있다.

자연 상태에서 플라스틱의 분해속도가 매우 느리기 때문에 플라스틱의 생분해를 위한 연구는 세계적으로 활발히 진행되고 있다.

김대환 교수(가운데), 학부생들(왼쪽부터 유희철, 전은빈, 김홍래, 이현민 학생)/DGIST
김대환 교수(가운데), 학부생들(왼쪽부터 유희철, 전은빈, 김홍래, 이현민 학생)/DGIST

지난해 5월 국내에서도 이러한 연구가 발표된 바 있다. 대구경북과학기술원(DGIST)는 아메리카 왕거저리 유충인 슈퍼웜의 체내에서 폴리스틸렌을 생분해하는 박테리아를 발견했다. 플라스틱에서의 증식여부와 화학적 변화를 지속해서 관찰하며 박테리아 슈도모나스(Pseudomanas sp.)를 발견하는 것에 성공했다고 밝혔다. 

해당 연구는 국제학술지인 환경과학기술(Environmental Science & Technology)에 2020년 5월 6일 온라인 게재됐으며, 미국화학회(ACS)의 Weekly PressPac에 선정된 바 있다.


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