바닷물에서도 분해되는 '찐' 생분해 플라스틱 : PHA

안녕하세요. 착한지구인입니다.

 

지난번에 생분해 플라스틱으로 가장 잘 알려진 PLA(Polylactic acid, 폴리젖산)에 대해 알아보았습니다.

하지만 PLA는 60℃ 이상의 고온다습한 환경, 미생물이 많은 특정한 환경에서만 6개월 내에 분해가 됩니다.

따라서 차가운 바다에 버려졌을 경우 일반 플라스틱처럼 오래도록 썩지 않습니다.

 

 

good-earthling.tistory.com/13

PLA는 생분해 플라스틱? 글쎄..

 

 

 

 

 

오늘은 100% 해양 생분해 플라스틱을 알아보겠습니다.

바로 PHA(Polyhydroxyalkanoate, 폴리하이드록시알카노에이트)입니다.

 

 

 

www.youtube.com/watch?v=FNhvQOGavgo

 

 

(4분 8초부터 PHA에 대한 설명이 나옵니다.)

PHA는 국내에서 많이 알려져 있지 않아 맞춤 영상을 찾을 수가 없었습니다ㅠ

하지만 PHA도 곧 상용화되어 관련 자료들을 찾아볼 수 있겠죠?

 

 

 

PHA(Polyhydroxyalkanoate)란?

 

출처 : 생분해성 고분자 소재 연구 및 선진 연구 개발 동향, ITECH 산업기술R&D정보포털

 

미생물이 합성하는 폴리에스터(Polyester) 플라스틱입니다.

특정 미생물이 탄소원(먹이)이 있는 충분한 상태에서 특정 영양소의 결핍이 발생 시 (예를들어 황, 인, 무기물, 산소 등의 살아 있기 위해 필요한 생합성의 필수 물질) 에너지 저장원으로써 PHA를 생산합니다.

그림에서도 볼 수 있듯이 자신의 신체(?)안에 과립형태로 PHA를 생성하고 최대 80%까지 가득채웁니다.

 

 

분자 구조상의 R기에 어떤 것이 오느냐에 따라 PHV(polyhydroxyvalerate), PHB(polyhydroxybutyrate)등이 단일체로 될 수 있으며, 각각이 어떻게 조합되는 지에 따라 PHBV(PHB-PHV) 공중합체(copolymer)가 되며 물리화학적 특성이 달라지는 특성이 있습니다.

 

 

 

 

PHA 장점① : 매립지의 메탄가스를 이용 가능

보통의 미생물의 발효 생산 공정에서는 옥수수를 미생물 먹이인 탄소원으로 사용하기 때문에

방대한 양의 식량 자원이 사용되는 이슈가 있습니다.  

 

 

하지만 PHA를 개발한 Mango Materials 사에서는

쓰레기 매립지나 하수처리장에서 나오는 메탄가스를 미생물 탄소원으로 사용함으로써 PHA 플라스틱의 순환 구조를 만들었습니다.

또한 잠재적 온실가스인 메탄가스를 포획하여 재사용함으로써 더욱 친환경적이라 할 수 있습니다.

 

출처 : https://www.madisonsinnovative.com/blog/2018/12/11/mango-materials

 

 

 

PHA 장점② : 야생 미생물 사용 가능

보통 미생물의 발효 생산 공정에서는 유전자 조작이 되어 수율을 극대화한 미생물이 사용됩니다.

유전자 조작된 미생물은 생산물 수득 후 살균 공정이 필수적이며 연구 개발비가 많이 들어 제조 단가가 올라가는 문제가 있습니다. 

 

하지만 Mango Materials 사에서는 수율이 높은 야생의 미생물을 선택하여 사용하기 때문에 경제적입니다.

PHA를 생산하는 미생물의 종류는 다음과 같습니다.

recombinant E. coli, Aeromonas, Azotobacter, Cupriavidus, Clostridium, Methylobacterium, Ralstonia, Pseudomonas, Syntrophomonas 등

 

 

 

 

 

 

 

PHA 장점 ③ : 바다에서 분해 가능

생분해 플라스틱 PLA와 달리 PHA는 바다에서 분해가 될 수 있습니다.

물론 10℃ 이하의 차가운 바다에서는 PHA도 분해가 되지 않습니다.

하지만 20-30℃의 바다에서는 생물막(Biofilm), 조류, 퇴적물 등에 영향을 받으며 분해가 됩니다.

 

 

 

 

 

 

 

분해 기간

분해기간은 아직 정확히 말하기 조심스럽습니다.

왜냐하면 PHA만을 단독으로 사용한 제품이 아직 없어 실험 조건의 결과만 있기 때문입니다.

각각의 실험마다 조건(실험군 종류, 크기, 구조, 환경의 성분, pH, 습도, 온도 등)이 크게 달라 참고만 할 수 있을 것 같습니다.

 

 

 

 

 

15-40℃의 온도에서 분해가 활발히 일어나며, 6개월~5년내에 90% 이상이 분해된다고 생각하시면 될 것 같습니다.

하지만 60℃ 이상의 고온에서는 오히려 분해가 늦게 일어나며, 분해에 따라 산이 생성되는데 산성이 될수록 분해가 느려집니다.

 

 

 

 

 

 

PHA 제품 및 기업

 

출처 : https://www.drinkcove.com/

 

 

 

세계 최초로 COVE라는 기업에서 PHA로 만들어진 물병 용기를 상용화한다고 합니다.

COVE는 이 물병이 토양에서 생분해되는 데 최대 5년이 걸릴 것으로 전했습니다.

(그리고 토양에서 분해되는 속도가 가장 느리기 때문에 해양이나 퇴비화시설, 매립지에서는 더 빠른 시간에 분해될 것 이라고 합니다. 하지만 이 부분에 대해서는 제가 조사한 바와 달라 토양이 왜 가장 안 좋은 환경인 지 이해가 가질 않습니다.)

 

 

 

이외에 세계적으로 PHA를 개발하고 있는 기업으로는

Kaneka Corporation (Japan), Yield10 Bioscience (U.S.), Danimer Scientific. (U.S.), Shenzhen Ecomann Biotechnology Co., Ltd (China), Bio-On Srl (Italy), Newlight Technologies, LLC (U.S), and TianAn Biological Materials Co. Ltd. (China) 등이 있습니다.

 

www.marketsandmarkets.com/Market-Reports/pha-market-395.html

Polyhydroxyalkanoate (PHA) Market Analysis | Recent Market Developments | Industry Forecast to 2019-2024 | MarketsandMarkets™

 

 

그리고 우리나라에서 PHA를 개발하는 유일한 기업으로 CJ제일제당도 있습니다.

국내 플라스틱 폐기 문제 해결에 큰 시작점이 되었으면 좋겠습니다.

 

 

www.yna.co.kr/view/AKR20201103051800030

"바닷물에 100% 분해" CJ제일제당, 친환경 플라스틱 소재 만든다 | 연합뉴스

 

 

 

 

PLA를 알아보았을 때는 친환경 플라스틱에 대해 크게 실망을 했었습니다.

하지만 PHA를 공부하면서 친환경 플라스틱, 생분해 플라스틱에 대한 희망이 보이는 것 같습니다:)

아직 가격 문제와 활용성에 있어서 개발이 더 필요하지만, 어느 부분에서는 양산 수준까지 왔다고하니 기대가 큽니다.

 

 

 

착한지구인이었습니다.