▲ PET 폐기물 제품이 변화되는 과정 흐름도(출처: 과학기술정보통신부)

국내 연구진이 블라스틱을 생물학적으로 분해하는 고성능 바이오 촉매를 개발해 화학산업의 환경오염·플라스틱 재활용 문제의 새로운 해결책을 제시할 것으로 기대된다.

과학기술정보통신부(장관 유상임, 이하 과기정통부)는 경북대학교(총장 허영우) 김경진 교수(㈜자이엔 대표 겸직)와 CJ제일제당㈜(대표 강신호) 연구팀이 산업 조건에서 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET, polyethylene terephthalate) 플라스틱을 분해하는 생명(바이오) 촉매(PET depolymerase, PETase)를 개발했다고 3일 밝혔다.

대표적인 범용 플라스틱인 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)는 페트병뿐만 아니라 의류, 안전벨트, 포장(테이크아웃)컵, 차량매트 등에 다양하게 사용되는 소재이다. 대부분의 플라스틱은 분리수거 후 상표 제거-분쇄-세척-원료화를 거치는 기계적 재활용을 통해 ‘중간 제품’으로 다시 이용하고 있으나, 재활용된 소재의 품질이 떨어져 결국에는 소각 또는 매립될 수밖에 없는 구조가 지적됐다.

이에 화학 촉매를 이용해 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 플라스틱을 열로 녹이거나 용매제로 분해해 원료를 만들어 내는 화학적 재활용이 등장했지만, 원료 오염에 따른 한계 때문에 적용 가능 폐기물이 제한돼 있고, 환경에 미치는 영향이 적지 않아 완벽한 대안으로 자리 잡지는 못하고 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 김경진 교수 연구팀은 자연환경에서 나무가 썩는 과정처럼 바이오 촉매가 분해 반응을 매개하는 생물학적 재활용에 주목하고, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)플라스틱을 생물학적으로 분해하는 고성능 바이오 촉매를 개발했다.

개발된 촉매는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)에 선택적으로 반응하고 순수한 반응물을 생성하는 등 플라스틱 분해 과정에서 환경에 미치는 부정적 영향이 거의 없으며, 재활용 시 소재의 품질도 뛰어나게 한다.

연구팀은 독자적인 접근법을 이용하여 미생물이 가지는 바이오촉매들의 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 개발하는 데 성공했다.

연구팀은 쿠부M12는 1kg의 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)를 0.58g의 소량으로 1시간 이내에 45%, 8시간 만에 90% 이상 분해하는 세계 최고의 성능을 증명했다고 밝혔다.

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 파악했다는 데 의의가 크며, 앞으로 다양한 화학 산업에서 바이오 촉매를 응용한 혁신이 일어날 것”이라고 밝혔다.