바이오인

◇ 생분해성 플라스틱(biodegradable plastic) 제작 과정에서 분해효소를 함께 넣는 방식으로 플라스틱을 빨리, 제대로 분해하는 새로운 방법에 관한 논문이 발표. 이러한 연구결과는 미세플라스틱 등 환경오염 문제해결에 기여할 수 있을 것으로 기대

 ▸주요 출처 : UC Berkely News, New Process makes ‘biodegradable’ plastics truly compostable, 2021.4.21, Nature, Near-complete depolymerization of polyesters with nano-dispersed enzymes, 2021.4.21

▣ 미국 UC Berkeley 연구팀, 생분해성 플라스틱을 빨리, 제대로 분해하는 새로운 방법을 개발해 '네이처(Nature)'에 발표

 ○ 폴리에스터의 일종인 PLA(poly lactic acid)로 만든 생분해성 플라스틱은 지구의 플라스틱 오염 문제를 해결해 줄 방안으로 제시되었으나,

  - PLA 봉투나 주방용품, 컵 뚜껑 등은 제대로 썩지 않고 쓰레기 매립지로 유입되면서 미세플라스틱을 생성하거나 재활용 가능한 다른 플라스틱을 오염시키는 문제 발생

 ○ 이에 연구팀은 플라스틱 분해효소를 생분해성 플라스틱 제작 단계에 넣어 퇴비화가 가능한 수준으로 플라스틱을 쉽게 분해하는 방법을 고안

  - 플라스틱에 포함된 분해효소는 적당한 물과 열에 노출되면 활성화되어 PLA 고분자 사슬을 분해함으로써 PLA를 토양 내 다양한 미생물이 처리할 수 있는 젖산으로 전환

  - 다른 플라스틱은 생분해가 진행되면서 미세플라스틱을 만들지만, 효소를 이용한 방식은 PLA의 98%를 분자량이 작은 단량체로 분해하는 것으로 분석

 ○ 지난 2018년 연구팀은 '무작위 이종 중합체(RHP, random heteropolymer)'라는 합성분자를 만들어 플라스틱 분해효소를 감싸는 방법을 개발

  - 이번 연구에서 RHP로 플라스틱 분해효소를 감싼 뒤, 플라스틱 제조 공정의 출발점이 되는 플라스틱 수지 구슬에 삽입

   ※ 실험실에서 온도와 물의 조합을 달리하며 RHP로 감싼 효소를 넣어 만든 PLA 섬유의 생분해성을 검증한 결과, 상온에서는 일주일 만에 80%가 분해되며, 온도를 50℃로 높인 조건에서는 6일 만에 모두 생분해된 것으로 나타남

  - 연구팀은 온도가 높을수록 RHP에 감싸인 효소가 더 많이 움직여 고분자 사슬의 끝을 빨리 찾아 분해하는 것으로 추정

< 플라스틱의 고분자 분해를 위한 효소의 작용 기전 >

¶ (a) 효소가 플라스틱 표면에서만 작용해 고분자 사슬을 무작위로 잘라 미세플라스틱을 생성

  (b) 플라스틱 제작 과정에 삽입된 효소가 고분자 사슬을 분자량이 작은 단량체로 분해

 출처 : Nature, Near-complete depolymerization of polyesters with nano-dispersed enzymes, 2021.4.

▣ 연구책임자인 Xu 교수는 이 기술을 활용하여 ‘옷, 신발, 휴대폰, 컴퓨터 등 우리가 버리는 많은 제품을 재활용할 수 있다’고 강조

 ○ 생분해성 접착제를 사용하여 컴퓨터 회로 또는 전자제품을 조립한 다음, 작업이 끝나면 접착제를 녹여 장치를 분해하여 모든 부품을 재사용할 수 있을 것이라는 의견을 제시 

  - 본 연구는 미국 에너지부 및 육군 전투능력개발 사령부 연구소에서 지원, 폐기물 관리와 관련된 물류에 상당한 이점을 제공할 수 있을 것으로 기대

 ○ 효소 처리한 PLA 섬유는 낮은 온도나 짧은 기간 물에 담가놓는 것으로는 생분해가 일어나지 않아 땀이나 미지근한 물을 이용한 세탁 과정을 견딜 수 있다고 설명

  - 연구팀은 PLA 외 다른 종류의 플라스틱을 생분해할 수 있는 효소를 연구개발 중