과학기술정보통신부는 3일 김경진 경북대 교수이자 자이엔 대표와 CJ제일제당 연구팀이 산업조건에서 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 플라스틱을 분해하는 세계최고 성능의 바이오효소(PET depolymerase, PETase)를 개발했다고 밝혔다.
이번 연구결과는 국제학술지 사이언스(Science)에 게재됐다. 논문명은 Landscape profiling of PET depolymerases using a natural sequence cluster framework이다. 해당 연구는 과기정통부 바이오·의료기술개발(첨단GW바이오) 사업 지원으로 수행됐다.
김경진 교수 연구팀은 자연환경에서 나무가 썩는 과정처럼 바이오효소가 분해 반응을 매개하는 생물학적 재활용에 주목해 연구를 진행했다. 그 결과 PET 플라스틱을 생물학적으로 분해하는 고성능 바이오효소를 개발했다.
해당 바이오효소는 PET 선택적으로 반응하고 순수한 반응물을 생성하는 등 플라스틱 분해과정에서 환경에 미치는 부정적 영향이 거의 없으며 재활용 시 소재 품질도 뛰어나게 한다고 과기부는 설명했다.
대표적인 범용 플라스틱인 PET는 페트병, 의류, 안전벨트, 포장용기 등에 다양하게 사용되는 소재다. 대부분의 플라스틱은 분리수거 후 상표 제거-분쇄-세척-원료화 등 기계적 재활용을 통해 중간제품으로 다시 이용하고 있다. 다만 재활용된 소재의 품질이 떨어져 결국에는 소각 또는 매립되는 점이 문제로 지적됐다.
화학촉매를 이용해 PTE 플라스틱을 열로 녹이거나 용매제로 분해해 원료를 만들어내는 화학적 재활용이 등장했지만 원료오염에 따른 한계로 적용 가능한 폐기물이 제한적이었다. 또한 환경에 미치는 영향이 적지않아 완벽한 대안으로 자리잡지 못했다.
연구팀은 미생물이 가지는 바이오효소의 활성지도를 분석하고 쿠부(Kubu-P)라고 명명한 신규 바이오효소를 발굴했다.
또한 쿠부를 기반으로 효소공학을 이용해 효능을 개량한 바이오효소인 쿠부M12(Kubu-PM12)를 개발했다. 쿠부M12는 0.58g의 소량으로 1kg의 PET를 1시간내 45%, 8시간만에 90%이상 분해하는 세계최고 성능을 보였다.
김경진 교수는 “바이오효소를 이용한 생물학적 재활용은 재활용이 되지않는 오염된 플라스틱도 가능하게 하는 기술”이라며 “이번 연구는 자연이 가진 위대한 잠재력을 파악했다는데 의의가 있으며 다양한 화학산업에서 바이오효소를 응용한 혁신이 일어날 것”이라고 말했다.
