[논문]합성 플라스틱의 생분해

송윤석; 이희욱; 이자현; 최한석; 최웅수; 김승욱

doi:10.7841/ksbbj.2012.27.4.215

합성 플라스틱의 생분해
Biodegradation of Synthetic Plastics 원문보기

KSBB Journal, v.27 no.4, 2012년, pp.215 - 221

송윤석 (고려대학교 화공생명공학과) , 이희욱 (고려대학교 화공생명공학과) , 이자현 (고려대학교 화공생명공학과) , 최한석 (고려대학교 화공생명공학과) , 최웅수 (한국과학기술연구원 도시에너지시스템연구단) , 김승욱 (고려대학교 화공생명공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

Synthetic plastics are important in many branches of industry. Although synthetic plastics provide numerous benefits, they also cause a significant environmental pollution problem because of their non-readily-biodegradability. Biodegradation may provide solution to the problem, but not enough is known about the biodegradation mechanisms of synthetic plastics. This review has been written to provide an overview of the current state of synthetic plastics (polyethylene, polyurethane, nylon, polyvinyl alcohol) biodegradation. Several biodegradation mechanisms of a few selected synthetic plastics are also presented.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

이러한 분해방법들 중에서 가장 효율이 높은 것은 미생물에 의한 생분해 이고, 최근 광 및 열분해는 생분해를 수행하기 전 생분해를 촉진하기 위한 전처리의 개념으로 이용되는 추세이다. 따라서, 본 논문은 2000년 이후부터 보고된 난분해성 합성 플라스틱인 PE, PUR, nylon, PVA의 생분해와 관련된 연구들을 정리하고, 그 분해 기작들을 주로 기술하려 한다.
현재 환경적으로 문제가 더 큰 부분은 생분해성 플라스틱이 아닌 난분해성 플라스틱이다. 따라서, 본 논문은 산업적으로 가장 널리 사용되고 있는 합성 플라스틱인 PE, PUR, nylon, PVA의 생분해에 있어 각각의 미생물을 이용한 생분해 연구와 그 분해 기작에 초점을 맞추었다. 난분해성 플라스틱의 생분해에 관한 연구는 1980년대부터 활발히 진행되었지만, 현재의 기술수준은 난분해성 플라스틱의 생분해능을 가진 미생물들을 토양, 활성오니, 해수 및 담수 등에서 분리 및 동정하여 가능성을 판단하고 있고, 그 분해 기작 또한 명확히 규명되지 않은 수준에 그치고 있다.

성능/효과

0.33 g의 nylon 4는 28일 후, 약 49%가 분해되었고, NMR 분석을 통하여 nylon 4의 반응 중간체인 γ-aminobutyric acid 가 생성되는 것을 확인하였다.
2.5 g/L의 polyester PUR과 70 μg/mL의 lipase가 첨가된 pH 7.0의 반응액을 35℃에서 1시간 동안 반응을 수행한 결과, 약 70%의 polyester PUR이 분해되었다.
Sudhakar 등은 전처리된 LDPE와 HDPE을 단일 탄소원으로 사용하여 Bacillus sphericus와 Bacillus cereus가 포함된 배양에서 1년간 분해를 수행하였다 [13]. FTIR 분석에서 carbonyl group이 증가하였고, LDPE와 HDPE의무게, 인장강도, 결정도가 감소하였다. Usha 등은 방선균에 의한 PE 분해를 보고하였다 [14].
또한, Chonde-Sonal 등과 Sudhakar 등은 담자균류인 Trametes versicolor와 해양 미생물인 Bacillus cereus, Bacillus sphericus, Vibrio furnisii, Brevundimonas vesicularis를 이용하여 nylon 6을 분해하였다 [26,27]. FTIR 분석에서 formamide, amide, methyl, aldehyde, carboxyl group들이 새롭게 생성됨으로써 nylon 6이 분해되었음을 확인하였고, 3개월 간의 분해에서 분자량은 31%, 무게는 2% 감소하였다. 앞서 언급한 해양 미생물은 Nylon 66도 분해하였고, 분자량과 무게는 각각 42% 와 7% 감소하였다 [27].
또한, Zhang 등은 방선균에 의한 PVA분 해효소 합성을 최소로 보고하였다 [34]. PVA로 오염된 토 양에서 PVA를 탄소원으로 이용하는 방선균을 분리하였고, Streptomyces venesuelae로 동정하였다. S.
를 분리하였다 [19]. Polyester PUR이 첨가된 배양에서 최대 세포농도는 17.8 mg/mL이었고, 배양액에서 esterase의 활성이 있음을 확인하였다. Polyester PUR의 분해를 위한 Alicycliphilus sp.
PVA3의 배양 6일 후, PVA의 90% 이상이 분해된 결과를 나타내었다. 또한, PVA의 hydroxyl group이 산화됨으로써 발생한 carbonyl group의 상당한 증가가 관찰되었고, PVA의 첨가에 의하여 과산화수소가 발생하였다. 이러한 결과들은 PVA oxidase에 의한 PVA의 산화에 의한 결과였다.
물리·화학적으로 전처리된 low-density PE (LDPE)와 high-density PE (HDPE)는 위와 같은 곰팡이들에 의해 분해되어 분자량, 무게, 결정도, 결정층 두께, 융해온도, 결정의 평균 크기가 감소하였고, 작은 결정의 함량이 증가하였다.
토양의 용수량 (water holding capacity)과 polyester PUR의 생분해 사이의 관계는 Barratt 등에 의하여 조사되었다 [17]. 용수량 20-80%의 토양은 polyester PUR의 인장 강도를 약 60%까지 감소시켰지만, 15, 90, 100%의 토양에서는 polyester PUR의 인장강도 감소가 측정되지 않았고, 용수량 20-80%의 토양은 Nectria gliocladioides, Penicillium ochrochloron, Geomyces pannorum과 같은 곰팡이가 지배적이었다. 한편, 내생균류인 Pestalotiopsis microspora 가 단일 탄소원으로 polyester PUR만을 사용하여 호기 및 혐기 두 조건 하에서 생장할 수 있다는 흥미로운 결과를 Russell 등이 보고하였다 [18].

후속연구

난분해성 플라스틱의 환경 친화적 분해는 인류가 꼭 해결해야 하는 과제이다. 따라서, 무수히 다양한 미생물의 특성과 유전자 조작에 의하여 난분해성 플라스틱을 효율적으로 분해할 수 있는 미생물 개발에 관한 지속적인 연구가 진행되어야 당면한 환경문제를 경감시킬 수 있을 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	사용된 플라스틱 폐기물의 처리 문제점은?	물성이 다양하고, 가공이 용이한 플라스틱이라 불리는 고분자 물질은 계속되는 연구에 의하여 점차 유리, 금속, 종이, 목재, 석재 등과 같은 기존의 재료들을 대체하여 산업용 재 료로부터 1회용 소모품에 이르기까지 다양한 용도로 사용되고 있고, 그 사용량이 증가되고 있다. 그러나, 사용된 플라스틱 폐기물의 처리는 소각 또는 매립에 의존하고 있는 실정이고, 환경호르몬 누출과 맹독성 다이옥신 검출 폐기물의 불완전 연소에 의하여 토양, 하천, 대기 등의 심각한 환경오염 문제를 야기시키고 있다 [1]. 이러한 문제를 해결하기 위해 생분해성 또는 생붕괴성 플라스틱의 실용화 및 사용 의무화의 압력이 거세지면서 미국, 일본, 독일, 이탈리아 등 선진국에서는 다양한 플라스틱 제품에 생분해성 고분자 사용을 의무화 하는 등 생분해성 플라스틱의 실용화가 활발히 진행 되고 있다 [2].
	플라스틱 폐기물 문제를 해결하기 위한 대책과 그에 대한 한계점은 무엇인가?	그러나, 사용된 플라스틱 폐기물의 처리는 소각 또는 매립에 의존하고 있는 실정이고, 환경호르몬 누출과 맹독성 다이옥신 검출 폐기물의 불완전 연소에 의하여 토양, 하천, 대기 등의 심각한 환경오염 문제를 야기시키고 있다 [1]. 이러한 문제를 해결하기 위해 생분해성 또는 생붕괴성 플라스틱의 실용화 및 사용 의무화의 압력이 거세지면서 미국, 일본, 독일, 이탈리아 등 선진국에서는 다양한 플라스틱 제품에 생분해성 고분자 사용을 의무화 하는 등 생분해성 플라스틱의 실용화가 활발히 진행 되고 있다 [2]. 하지만 생분해성 플라스틱은 제조 원가가 높고, 기존 합성 플라스틱들 보다 물성이 낮아 실제 산업적 적용이 어려운 실정이기 때문에 합성 플라스틱의 사용증가는 계속될 것이다 [3].
	산업적으로 가장 많이 사용되는 합성 플라스틱은 무엇인가?	현재, 산업적으로 가장 많이 사용되는 합성 플라스틱은 polyethylene (PE), polyurethane (PUR), nylon, polyvinyl alcohol (PVA) 등이다 [4]. 이와 같은 합성 플라스틱의 분해 촉진 방법은 광분해, 열분해, 생분해 등과 이러한 방법들을 복합적으로 사용하는 복합분해가 있다 [5].

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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