이화여자대학교(총장 김은미) 화공신소재공학전공 ‘생물화학공학연구실’(책임 박시재 교수)과 식품생명공학전공 ‘미생물바이오시스템공학연구소’(소장 박진병 교수)가 ‘바이오매스 기반 탄소중립형 바이오플라스틱 제품기술개발 사업’에 각각 선정돼 차세대 생분해성 바이오플라스틱 생산을 위한 원천기술개발에 박차를 가할 예정이다. 이로써 과학기술정보통신부가 ‘기후환경연구개발사업’의 일환으로 추진하는 ‘바이오매스 기반 탄소중립형 바이오플라스틱 제품기술개발 사업’의 3대 세부과제 중 ‘소재개발’ 및 ‘생산공정개발’ 분야의 2개 과제를 이화여대가 이끌게 됐다. 

세계 각국에서는 환경과 인체에 유해한 석유계 플라스틱을 친환경 바이오플라스틱으로 대체하는 ‘화이트바이오’ 산업 육성에 박차를 가하고 있으며, 우리 정부도 ‘2050 탄소중립’ 선언과 더불어 ‘생분해성 바이오플라스틱’ 개발에 속도를 내고 있다. 바이오플라스틱은 기존 석유계 플라스틱보다 2-3배 높은 가격과 기술 완성도 측면 때문에 상용화에 어려움을 겪고 있지만, 탄소중립 시대변화와 친환경 규제가 강화되면서 관련 시장이 커질 것으로 전망된다. 

바이오매스(biomass)는 광합성 작용 등으로 태양에너지를 저장한 식물성 유기체를 의미하며, 대기 중 탄소를 흡수하면서 다양한 용도로 사용될 수 있어 탄소중립 달성에 중요한 원료로 부각된다. 이러한 바이오매스를 기반으로 생산된 바이오플라스틱은 플라스틱 소각·매립에 따른 환경 오염과 미세플라스틱 오염을 원천적으로 해결할 수 있는 핵심소재이나 원료 비용이 높고 분자구조가 기존 석유와 상이하여 상용화를 위해서는 혁신적인 전환 공정이 필요하다. 이화여대의 두 연구진이 이번에 각각 바이오플라스틱 제품을 생산하기 위한 ‘소재기술’과 ‘생산공정기술’ 개발 연구를 성공적으로 완수할 경우 탄소중립 실현에 크게 기여할 수 있을 것으로 기대된다. 

화공신소재공학전공 박시재 교수가 이끄는 ‘생물화학공학연구실’은 향후 3년여 간 35억 1천여만 원을 지원받아 ‘원스텝-원팟 기반 차세대 생분해성 바이오플라스틱 생산을 위한 인공미생물 플랫폼 원천기술 개발’ 과제를 수행한다. 즉, 단일 공정 내에서 원료인 바이오매스로부터 최종 타겟 산물인 신규 단량체 포함 물성맞춤형 차세대 생분해성 바이오플라스틱까지 생산이 가능한 고성능 미생물 균주를 개발하는 것이다. 

본 원천기술을 통해 개발될 바이오매스 기반 차세대 생분해성 바이오플라스틱 생산 인공미생물 스마트팩토리 플랫폼은 정부의 기후변화 대응에 발맞추고, 현재 생분해성 고분자의 활용에 난항을 겪고 있는 생분해성 고분자의 물성 향상에 새로운 돌파구가 될 것으로 기대된다. 본 연구의 책임을 맡은 박시재 교수는 “본 과제는 탄소중립에 기여할 수 있는 바이오매스 유래 ‘친환경 바이오플라스틱 생산’에 관련된 것으로, 단일 공정 내에서 원료부터 제품까지 생산하는 공정 개발을 통해 바이오플라스틱 상용화 가능성을 높이고 탄소중립형 바이오플라스틱 산업 생태계의 구축·활성화에 큰 역할을 할 것으로 기대한다”고 밝혔다. 

식품생명공학전공 박진병 교수가 이끄는 ‘미생물바이오시스템공학연구소’는 향후 3년여 간 20억 4천여만 원의 사업비를 지원받아 ‘생분해성 플라스틱 제조용 바이오락톤 소재 기술개발’ 과제를 수행한다. 바이오락톤은 의료용 봉합사나 식품·산업용 포장재로 널리 사용되고 있는 폴리에스터 계열의 고분자 섬유로, 플라스틱 제조 시 핵심 소재로 사용될 수 있어 기존의 플라스틱 문제들을 해결하는데 일조할 것으로 기대된다. 

본 연구의 최종 목표는 바이오매스 기반의 바이오락톤 전구체, 단량체(C7 이상)와 플라스틱 소재를 생산하기 위한 바이오화학 융복합기술 개발이다. 연구 1단계에서는 선행연구의 ‘화학반응’ 방식이 아닌 환경친화적인 ‘효소반응’을 통해 ‘오메가-하이드록시 지방산’을 생산하는 기술을 개발하고, 이로부터 ‘바이오락톤’ 생산 기술을 개발한다. 이를 기반으로 2단계 연구에서 바이오락톤 기반 생분해성 플라스틱 제조를 위한 공정개발 및 요소기술 고도화를 진행한다. 본 연구의 책임을 맡은 박진병 식품생명공학전공 교수는 “바이오락톤 기반 생분해성 플라스틱 생산 기술은 고분자 중합, 물성 평가 및 예측, 생분해성 원천소재, 소재응용, 신재생원료 생산 기술 개발 등에 크게 기여할 것”이라고 밝혔다. 

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