버려지는 페트병, 의약품 원료로 재탄생할 길 열려

김경헌 교수팀, 한국화학연구원 및 이화여대팀 공동 연구

美 화학회 『지속 가능 화학 및 공학(IF:6.97)』 12월호 게재

▲ 생명공학과 김경헌 교수(왼쪽, 교신저자)와 김희택 박사(오른쪽, 주저자)

전 세계가 플라스틱 쓰레기로 몸살을 앓고 있는 가운데, 플라스틱의 대명사 페트병을 의약품 원료 등으로 재탄생시키는 기술이 개발됐다. 

페트병의 주성분인 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)를 화학적으로 분해하고, 생물학적으로 전환해 유용한 소재로 바꾸는 기술이다. 생명과학대학 생명공학과 김경헌 교수팀은 한국화학연구원 김희택·주정찬·차현길 박사팀, 이화여대 박시재 교수팀과 함께 PET를 의약품과 플라스틱 원료 등으로 전환하는 기술을 개발했다.

공동 연구진은 물을 이용해 PET를 단량체(단위 분자)로 친환경적으로 분해하고, 이를 미생물을 이용해 유용한 소재들로 전환하는 전략을 설계했다. 먼저, PET를 마이크로웨이브 반응기에서 230℃ 조건으로 물과 반응시켜 테레프탈산과 에틸렌글리콜로 화학적으로 분해했다. 수율은 99.9%에 달했다. 이어 미생물을 이용해 테레프탈산과 에틸렌글리콜을 유용한 소재로 전환하는 데 성공했다. 테레프탈산을 갈산(92.5%), 카테콜(90.1%), 피로갈롤(20.8%), 뮤콘산(85.4%), 바닐릭산(29.4%)으로, 에틸렌글리콜을 글라이콜산(98.6%)으로 전환했다. 갈산과 뮤콘산, 바닐릭산, 피로갈롤, 글라이콜산 등은 의약품과 플라스틱 원료, 방향 성분에 사용되는 물질이다. 대표적으로 갈산은 의약품(항산화제) 중간체, 뮤콘산은 플라스틱 단량체, 바닐릭산은 의약 및 화장품용 방향 성분으로 쓰인다.

이처럼 다양한 소재로 전환할 수 있기 때문에 기존의 PET 재활용 방법의 낮은 활용도를 개선하는 모델로, 버려지는 PET 감축에 기여할 것으로 기대된다. 기존 PET 재활용은 기계적 방법과 화학적 방법으로 이뤄진다. 기계적 방법은 파쇄·세척·건조와 같은 기계적 처리와 열처리를 통해 PET 섬유를 회수해 새로운 PET 제품을 만드는 것이다. 하지만 가공 중 섬유의 길이가 짧아지는 품질 저하가 일어나는 문제가 발생한다. 화학적 방법은 PET 섬유를 분해하고, 단량체를 회수해 재중합해 활용하는 방식으로, 재활용 비용이 높은 탓에 경제성이 떨어지는 문제점이 있었다.

이번 연구를 바탕으로 기존에 폐기물로 취급됐던 폐플라스틱의 원료화 및 소재화 기술의 실마리가 제공된 효과가 있고 향후 PET를 포함한 폐플라스틱 자원화 및 소재화 기술 개발이 활발히 진행될 것으로 기대된다.

연구결과는 미국화학회에서 발간하는 국제학술지인 『ACS Sustainable Chemistry & Engineering(지속 가능 화학 및 공학)(IF:6.97)』 12월호에 게재됐다. 또한 이번 연구성과는 한국연구재단의 중견연구지원사업, 기후변화대응기술개발사업, Korea Bio Grand Challenge 사업의 지원을 받아 수행됐다.

*논문 제목 : Biological Valorization of Poly(ethylene terephthalate) monomers for       Upcycling Waste PET(ACS Sustainable Chem. Eng. 2019, 7, 24, 19396-19406)

[ 그 림 설 명 ] 

▲버려진 PET는 화학적으로 테레프탈산과 에틸렌글리콜로 분해된다. 이어서 미생물을 이용해 테레프탈산은 핵심 중간산물인 프로토카테큐산을 거쳐 갈산, 피로갈롤, 카테콜, 뮤콘산, 바닐릭산으로 전환된다. 에틸렌글리콜은 해당 물질의 대사균주를 이용해 글라이콜산으로 전환된다.

커뮤니케이션팀 서민경(smk920@korea.ac.kr)