8시간 만에 폐 PET 플라스틱 90% 분해하는 바이오촉매 발견

경북대·CJ제일제당, PET 분해하는 바이오촉매 발굴

플라스틱병./pixabay

대표적인 범용 플라스틱인 ‘PET(polyethylene terephthalate)’는 페트병뿐만 아니라 의류, 안전벨트, 테이크아웃컵, 차량매트 등에 다양하게 사용되는 소재다. 과학계는 PET를 쉽게 분해하고 재활용할 수 있는 기술을 찾기 위해 노력하고 있다.

최근 국내 연구진이 플라스틱 재활용의 한계를 극복할 바이오촉매 기술을 개발했다. 과학기술정보통신부(과기정통부)는 김경진 경북대 교수 겸 자이엔 대표와 CJ제일제당 공동 연구진이 PET 플라스틱을 분해하는 세계 최고 성능의 바이오촉매(PET depolymerase, PETase)를 개발했다고 밝혔다. 연구 결과는 국제 학술지 ‘사이언스(Science)’에 3일 게재됐다.

대부분의 플라스틱은 분리수거 후 라벨 제거와 분쇄, 세척, 원료화를 거치는 ‘기계적 재활용’을 통해 중간 제품으로 다시 이용하고 있다. 하지만 재활용된 소재의 품질이 떨어져 결국에는 소각 또는 매립될 수밖에 없었다. 화학 촉매를 이용하여 PET 플라스틱을 열로 녹이거나 용매제로 분해해 원료를 만들어 내는 ‘화학적 재활용’이 등장했지만, 원료 오염에 따른 한계 때문에 적용할 수 있는 폐기물이 제한돼 있고, 환경에 미치는 영향이 적지 않아 완벽한 대안으로 자리 잡지는 못하고 있다.

이런 문제점을 해결하기 위해 김경진 교수 연구진은 자연환경에서 나무가 썩는 과정처럼 바이오촉매가 분해 반응을 매개하는 ‘생물학적 재활용’에 주목했다. PET플라스틱을 생물학적으로 분해하는 고성능 바이오촉매(효소)를 개발한 것이다. 이렇게 만든 바이오촉매는 PET에 선택적으로 반응하고 순수한 반응물을 생성해 플라스틱 분해 과정에서 환경에 미치는 부정적 영향이 거의 없으며, 재활용한 소재의 품질도 뛰어났다.

연구진은 미생물이 가진 바이오촉매들에 대한 지도를 그려서 기능을 예측하는 접근법을 개발했다. 이를 이용해 PET를 분해하는 신규 바이오촉매 ‘쿠부(Kubu-P)’를 발굴했다. 또 쿠부의 우수한 잠재력을 바탕으로 효소공학을 이용해 더 강력한 개량 바이오촉매인 ‘쿠부M12′까지 개발하는 데 성공했다. 쿠부M12는 0.58g의 소량만으로 1㎏의 PET를 1시간 이내에 45%, 8시간 만에 90% 이상 분해하는 세계 최고의 성능을 보였다.

김 교수는 “바이오촉매를 통한 생물학적 재활용은 재활용이 되지 않는 오염된 플라스틱까지도 영구적 재활용이 가능하게 하는 획기적인 기술”이라며 “이번 연구는 자연이 가진 위대한 잠재력을 파악했다는 데 의의가 크며, 앞으로 다양한 화학 산업에서 바이오촉매를 응용한 혁신이 일어날 것”이라고 밝혔다.

참고 자료

Science(2024), DOI: https://doi.org/10.1126/science.adp5637

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