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신기술 3 // 폐 PET 플라스틱, 바이오 촉매기술로 재활용 쉬워진다
2025-03-19

폐 PET 플라스틱, 바이오 촉매기술로 재활용 쉬워진다
세계 최고 성능의 분해 효소 개발에 성공
경북대학교 김경진 교수와 CJ제일제당㈜ 연구팀이 산업 조건에서 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 플라스틱을 분해하는 세계 최고 성능의 바이오 촉매(PETase)를 개발했다. ‘쿠부M12’는 1kg의 PET를 0.58g의 소량으로 1시간 이내에 45%, 8시간 만에 90% 이상 분해하는 세계 최고의 성능을 증명했다. 또 플라스틱 분해 과정에서 환경에 미치는 부정적 영향이 거의 없었으며, 재활용 시 소재의 품질도 뛰어나게 했다.

자료제공 과학기술정보통신부
대표적인 범용 플라스틱인 PET는 페트병뿐만 아니라 의류, 안전벨트, 테이크-아웃 컵, 차량 매트 등에 다양하게 사용되는 소재이다. 대부분의 플라스틱은 분리수거 후 상표 제거-분쇄-세척-원료화를 거치는 <기계적 재활용>을 통해 ‘중간 제품’으로 다시 이용하고 있다.
 
그러나 재활용된 소재의 품질이 떨어져 결국에는 소각 또는 매립될 수밖에 없는 구조이다.

이에 화학 촉매를 이용하여 PET 플라스틱을 열로 녹이거나, 용매제로 분해해 원료를 만들어 내는 <화학적 재활용>이 등장했지만, 원료 오염에 따른 한계 때문에 적용 가능 폐기물이 제한되어 있고, 환경에 미치는 영향이 적지 않아 완벽한 대안으로 자리 잡지는 못하고 있다.
환경에 미치는 부정적 영향 거의 없어
김경진 교수 연구팀은 자연환경에서 나무가 썩는 과정처럼 바이오 촉매가 분해 반응을 매개하는 <생물학적 재활용>에 주목하고, PET 플라스틱을 생물학적으로 분해하는 고성능 바이오 촉매(효소)를 개발했다.

개발된 바이오 촉매는 PET에 선택적으로 반응하고 순수한 반응물을 생성하는 등 플라스틱 분해 과정에서 환경에 미치는 부정적 영향이 거의 없으며, 재활용 시 소재의 품질도 뛰어나게 했다.

연구팀은 독자적인 접근법을 이용하여 미생물이 가지는 바이오 촉매들의 활성 지도(Landscape)를 제안하고, 이를 통해 ‘쿠부(Kubu-P)’라고 명명한 신규 바이오 촉매를 발굴했다. 또한 쿠부의 우수한 잠재력을 바탕으로 효소공학을 이용하여 더 강력한 개량 바이오 촉매인 ‘쿠부M12(Kubu-PM12)’까지 개발하는데 성공했다. ‘쿠부M12’는 1kg의 PET를 0.58g의 소량으로 1시간 이내에 45%, 8시간 만에 90% 이상 분해하는 세계 최고의 성능을 증명했다.

과기정통부 생명과학(바이오)·의료기술개발(첨단 GW바이오) 사업의 지원으로 수행한 이번 연구성과는 국제학술지 『사이언스(Science)』에 1월 3일 게재되었다.
다양한 화학 산업에서 혁신 기대
김경진 교수는 “바이오 촉매를 통한 생물학적 재활용은, 재활용이 되지 않는 오염된 플라스틱까지도 영구적 재활용이 가능하게 하는 획기적인 기술”이라며 “본 연구는 자연이 가진 위대한 잠재력을 파악했다는데 의의가 크며, 앞으로 다양한 화학 산업에서 바이오 촉매를 응용한 혁신이 일어날 것”이라고 말했다.

한편, 시장 진입을 위해서는 다양한 분야에 전문성을 가진 회사가 연계되어야만 한다. 해당 기술이 석유화학산업을 넘어 국내 ‘화이트 바이오’(화학 산업적용 바이오 기술) 연구 상용화의 물꼬를 틀 수 있을 것이라 기대된다. 신산업이 형성되면 국내에서도 첨단바이오 기술이 적용된 다양한 친환경 PET 제품을 볼 수 있게 될 것으로 기대된다. 

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