초록 ▼

1. 중과제 개요
1) 연구개발 이슈
1) 석유계 플라스틱의 사용은 국민생활 환경에 밀접한 연관성을 가지고 있으며, 최근 폐비닐의 처리문제 및 플라스틱에 의한 해양의 환경오염에 대한 위험수준이 일상생활에 위협을 느끼는 수준에 이르렀다고 판단되는 바, 사회문제 해결을 위한 사용 후 자연에서 100% 분해되는 친환경 바이오플라스틱 제조기술, 분해속도 조절기술, 상용화 확대 연구가 필요함.
- 정부는 국민생활과 밀접한 환경문제에 선제적으로 대응하여 쾌적하고 안전한 생활환경 기반 조성을 위한 R&D 투자를 확대 중임

1. 중과제 개요
1) 연구개발 이슈
1) 석유계 플라스틱의 사용은 국민생활 환경에 밀접한 연관성을 가지고 있으며, 최근 폐비닐의 처리문제 및 플라스틱에 의한 해양의 환경오염에 대한 위험수준이 일상생활에 위협을 느끼는 수준에 이르렀다고 판단되는 바, 사회문제 해결을 위한 사용 후 자연에서 100% 분해되는 친환경 바이오플라스틱 제조기술, 분해속도 조절기술, 상용화 확대 연구가 필요함.
- 정부는 국민생활과 밀접한 환경문제에 선제적으로 대응하여 쾌적하고 안전한 생활환경 기반 조성을 위한 R&D 투자를 확대 중임
- (R&R) 전략방향3: [BT] 친환경 바이오 헬스케어소재-중점분야9: 바이오화학소재 역할에 부합
- (화학연구원 경영목표) 화학산업 연구경쟁력 강화를 통한 혁신성장과 국가 사회문제 해결의 목표달성
2) 최종연구목표
- 플랫폼 화합물 원천기술을 기반으로 하는 사회문제 해결을 위한 자연에서 100% 분해되는 친환경 바이오플라스틱 제조기술, 분해속도 조절기술, 상용화 확대 연구
3) 주요연구내용
○ 3대 핵심요소기술
- 바이오플랫폼 연구분야
(플랫폼화합물 제조, 목질계 바이오매스유래 소수화기술, 전분 및 미활용 바이오매스 기반 복합소재, 미생물기반 바이오단량체 제조기술 개발)
- 바이오플라스틱 제조분야
(생분해성 속도조절기술, 고강도 나노복합소재, 자연계 나노섬유 생산기술, 생분해성 미세플라스틱 입자제조기술 개발)
- 플라스틱 순환분야
(플라스틱 해중합 단량체 업사이클링 연구, 플라스틱 생물분해를 위한 효소/미생물 원천시스템 개발)
○ 4대 세부연구목표 아이템
1) 高분해속도를 유지하는 바이오플라스틱 제조기술 개발
- 바이오매스 유래 다양한 단량체를 탐색 및 생분해성 신규바이오플라스틱 단량체를 발굴하고, 미활용 탄소자원으로부터 발굴한 단량체를 대량 생산할 수 있는 바이오 화학 융합 기술 개발
- 바이오플라스틱 단량체의 대량생산 및 공정 단순화를 위해 생산 공정 스트레스에 robust하고 세포 파쇄 없이 단량체를 회수할 수 있는 고효율 미생물 생산 플랫폼을 개발하여, 단량체의 저가·고효율 생산 공급에 적용
2) 장기분해성-高물성 바이오플라스틱 소재 제조기술 개발
- 석유계 고분자 대비 물성이 우수한 고기능성 고분자를 합성 및 제품화하는 응용기술을 개발
- In situ 중합을 통한 高강도, 低열팽창 복합 플라스틱 소재기술 개발
3) 자연계 나노섬유 생산기술 및 高물성 복합플라스틱 소재 제조기술 개발
- 자연계 나노섬유 이용하여 인장강도를 1.5배로 향상시켜 일회용 비닐봉투 시제품 개발. 시제품 인장강도 65 MPa 이상, 광투과도 80% 이상
- 목질계 및 공정부산물 기반 천연소재의 원료화 및 분획기술 개발 및 고물성 복합플라스틱 소재 및 제품화 기술개발
4) 자연분해성 미세플라스틱 입자 제조기술 및 저감기술 개발
- 생분해성 마이크로파티클 제조법 원천기술 개발 및 이를 활용하여 해양/토양에서의 분해성 및 환경 영향 평가 시스템 개발
- 자연분해성 미세플라스틱 적용 시제품 개발 (화장품용 마이크로 비즈, 고흡습성 수지 등)
- 난분해성 폐플라스틱을 저부가 소재로 자원화하는 기존 재활용 기술의 한계를 극복하고 고부가 소재로 전환하는 바이오 화학 융합 기술을 개발하여 난분해성 폐플라스틱을 고부가 재자원화

2. 2020년 연구실적
1) 연구목표
- 신규생분해성바이오플라스틱 제조연구를 통한 논문/특허확보
- 분해속도조절바이오플라스틱 술 연구와 나노섬유제조기술의 융복합 연구를 통한 고물성 소재 확보
- 플라스틱 분해기술을 통한 신규단량체 개발 추진을 통한 1단계 신규소재 개발 착수
- 폐플라스틱 및 신규생분해성 플라스틱 분해를 위한 미생물 스크리닝 및 동정연구를 통한 미생물 Library 구축 추진
- 기업의 Demoplant (100L급) 축중합 설비를 활용한 Scale up test 지원
- 일회용 생분해성봉투 제작 및 인증센터 장비를 활용한 분석
- 기술이전을 통한 대량생산 연구지원 및 실증화사업 적용확대
2) 연구내용
○ 바이오플랫폼 연구분야
- 바이오단량체 생산용 우량미생물 균주 개발
: 세포벽 rigidity (GP, >10%)
- 바이오숙신산 분리 정제 기술 개발
: 바이오슈가 유기산 함유율 ≤0.1%. 숙신산 전환수율 105%
- 바이오매스 유래 방향족 단량체 제조용 촉매 합성기술 개발
- 폐플라스틱 분해 촉매 제조기술 개발
- 아밀로스 함량이 높은 전분 제조 기술 개발
: 아일로스 함량 ≥70%
- 바이오플라스틱 복합체용 천연소재기반 바이오매스 충전재 개발
: 목본계 및 초본계 바이오매스 화학조성 DB 5종
○ 바이오플라스틱 제조분야
- 자연유래 나노섬유 개질기술 개발
: 표면 개질을 통한 물성 개질
- 분해성 미세플라스틱 합성기술 개발
: 합성기반 분해가능한 친환경 미세입자
- 친환경 복합소재 제조기술 개발
: 개질율 ≥60%, 인장강도 ≥70%, 충격강도 ≥70%
- 일회용 비닐 대체용 생분해 플라스틱 소재 개발
: 인장강도: >42 MPa, 스케일-업 생산 준비
- 생분해 속도 조절 고분자 구조 설계 및 합성
: 간이 가수분해, 생분해 평가
- 육상/해양 바이오매스로부터 천연 나노섬유추출 플랫폼 개발
: 나노셀룰로오스 / 나노키틴 3종 개발
○ 플라스틱 순환 분야
- 플라스틱 해중합 단량체 업사이클링을 위한 유전자원 확보 및 유용물질 생합성 경로 설계/검증
: 해중합 단량체 유래 유용 화합물 생산 3종
- 플라스틱 생물분해활성 탐색기술 개발
: 분석 및 스크리닝법 1건 이상 확립
3) 연구결과
◦ 고분해성 바이오플라스틱 제조 원천 기술 (주요사업 기여도 100%)
- 폐플라스틱 문제 해결을 위한 획기적 방향성 제시
- 땅속에서 100% 생분해되는 고강성 비닐봉투 (VIP 보고)
- 2020년 국가연구개발 우수성과 100선 선정
◦ 생활편의형 제품 적용 생분해성 바이오플라스틱 제조기술 (주요사업 기여도 100%)
- 고기능성 생분해성 바이오플라스틱 제조기술 이전
: 선급기술료 10억원, 실적기술료 20억원
- 산업부 지원 생분해성 바이오플라스틱 시범사업 선정
: 신규 생분해해성플라스틱 소재 10톤 생산 기술자문 (SKC 기술이전)
: 분해성, 편의성, 환경영향성, 소비의 의식 종합평가 실시
◦ 신선식품 배송을 위한 콜드체인 안심스티커 제조 기술 (주요사업 기여도 100%)
- 콜드체인 안심스티커 제조기술 이전
: 선급기술료 7억원, 실적기술료 10억원
◦ 바이오단량체 생산용 우량미생물 균주 개발 기술 (주요사업 기여도 15%)
- 바이오단량체 대량생산 공정에 따른 세포 독성 및 스트레스 저항성의 비약적 증가, 대조군 대비 1)세포 용해도 약 40% 감소, 2)세포 생존도 약 35% 증가
* J. Agric. Food Chem. (2020, IF=4.192, JCR 10% 이내)
* 국제특허 등록1건(일본), 국내특허 등록1건, 국내특허 등록결정 2건
- 미생물 세포벽 재설계와 강화로 바이오단량체의 지속적 대량생산이 가능한 핵심기술로 활용
◦ 리그닌 추출 및 추출물 내 방향족 화합물 제조기술 (주요사업 기여도 100%)
- 라디칼 생성 촉매 제조기술 개발 및 신규 방향족 플랫폼 화합물 생산기술
- 리그닌 분해반응, 바이오매스 방향족 단량체 제조기술, 전환율 및 선택도 90%이상, 상온 상압에서 구동 가능한 촉매 시스템 제안
* ACS Catalysis (2020, IF= 12.350)
- 바이오매스 유래 방향족 화합물 제조공정 확보 및 적용 대상 모색
◦ 바이오/화학 융복합 폐플라스틱 업사이클링 기술 (주요사업 기여도 100%)
- 바이오매스 유래 실리카 촉매 제조기술 개발 및 PDC 제조용 바이오 기술 개발
- PET 분해 및 업사이클 용 촉매를 바이오매스에서 유래란 실리카 입자를 활용했으며, 바이오 촉매기작을 통해 생분해 플라스틱용 단량체를 고농도/고순도의 단량체를 생산, 전환율 및 선택도 99%이상, 세계 최고 생산량 제시
* Green Chemistry (2020, IF= 9.480)
- 생분해 플라스틱용 신규 단량체 활용 고분자 제조 및 물성 테스트
◦ 미생물 기반의 친수성 단량체 대량생산 기술 개발 (주요사업 기여도 100%)
- 미생물 재조합 기술을 통해 친수성 단량체인 락토비온산의 생산성을 증가 시킴.
* Journal of Agricultural and Food Chemistry, (2020, IF=4.192, JCR 93.97%) 2편
- 친수성 단량체인 락토비온산을 바이오플라스틱 중합에 이용
◦ 목질계 바이오매스 유래 플랫폼화합물 제조기술 (주요사업 기여도 100%)
- 산업부 지원 국내 바이오매스 이용 바이오리파이너리 사업 선정
: 200kg/day 규모 바이오매스 처리 및 기능성 제품화
: 기능성 소재, 바이오복합소재 동시 제조 바이오리파이너리 개발 및 수익모델 제안
: 타겟 제품에 적합한 바이오매스 중간원료 대량생산 기술 개발

3. 2021년 연구계획
1) 연구목표 (1단계, 2년차)
○ 바이오플랫폼 연구분야
- 미생물 소기관 기반 인공 scaffold 개발을 통한 생산반응 고속화 기술 개발
- 목질계 바이오매스 전처리/분획기술 개발
- 숙신산 회수율 95% 이상의 분리정제 기술 개발
- 전분 및 미활용 바이오매스 기반 복합소재 개발
- 바이오매스 유래 방향족 단량체 제조용 촉매 기술 개발: 전환율, 수율 향상
- 바이오매스 유래 방향족 단량체 제조용 촉매 합성기술 개발
- 폐플라스틱 분해 및 단량체화 촉매 제조기술 개발
○ 바이오플라스틱 제조분야
- 고강도/고성능 생분해성 플라스틱 나노복합체 업그레이드 및 제조공정 개발
- 분해 속도가 향상된 생분해성 플라스틱
- 탄성 회복률이 우수한 신규 생분해 소재 개발
- 코스메틱 용도 생분해성 마이크로 비즈 개발
- 바이오매스 기반 산업용 엔지니어링 플라스틱 개발 및 공정 연구
- 바이오소재 기반 섬유제품 개발-생분해성 신축사
- 바이오소재 기반 섬유제품 개발-고효율 에어필터
○ 플라스틱 순환 분야
- 바이오플라스틱 생분해 신규 미생물 1종 이상 발굴
- 플라스틱 분해활성 효소/미생물 스크리닝
2) 연구내용
- 목질계 바이오매스 전처리/분획 기술 개발
: 타겟 구성성분 3건 이상
- 바이오단량체 생산반응 고속화를 위한 세포 소기관 재설계
: 소기관 LD: >0.3 nm, >10 copy
- 바이오매스 유래 방향족 단량체제조용 촉매 안정성 평가 및 신규 단량체 발굴
: 반복횟수, 1종 이상
- 전분 및 미활용 바이오매스 기반 복합체화 기술 개발
: 인장강도 20MPa, 연신율 150% 이상
- 바이오숙신산 제조 기술 개발
: 숙신산 회수율 95% 이상
- 천연 나노섬유건조, 재분산, 표면 개질 기술 개발 - 셀룰로오스 및 키틴나노섬유
: 수분함량이 10% 미만인 재분산 가능한 나노셀룰로오스/나노키틴건조물 개발
- 자연유래 나노섬유활용 복합체 성능 극대화
: 인장강도 >70 MPa
- 천연물 기반 분해성 미세플라스틱 합성기술개발
: 해양 생분해도30%/6개월
- 일회용 비닐 대체용 생분해플라스틱 소재 개발
: 스케일 >20 kg
- 생분해성플라스틱 물성제어 기술개발
: 인장강도 >50 MPa
- 고강도 생분해성 섬유 제조기술 개발
: 인장강도 >300MPa
- 바이오플라스틱 기반 기능성 섬유제품 개발
: 신율 >300%, 효율 >80%
- 바이오·화학융합 기반 플라스틱 업사이클링 기술개발/ 플라스틱 해중합 단량체 업사이클링 균주 효율 증진 인자 도출/검증
: 유용 화합물 생산 신규 효소 시스템 확보 2종 및 신규 유용 화합물 1종 이상(전환율 60% 이상)
- 플라스틱 해중합 효율향상을 위한 화학/생물학 분해 시스템의 개발 및 개량
: 신규 촉매 1종
- 플라스틱 생물분해활성 효소/미생물 선발 및 확보
: 후보효소 및 미생물 1건 이상 발굴
- 미생물/효소 기반 플라스틱 생분해 시스템 개발
: 생분해 미생물 1종 이상 발굴
3) 예상성과
- 생분해성 마스크 시제품 제작 (사회문제 해결 상용화 아이템)
- 바이오(단량체) – 플라스틱 제조 – 분해평가 세부 소과제 연계 연구 논문 3편 이상
- 생분해성 플라스틱 분해효소 미생물 발굴

(출처 : 요약서 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 2021년 주요사업 연구실적·계획 요약서 ... 2
• Ⅰ. 개요 (2020~2025년) ... 9
• 1. 연구개발 이슈 ... 9
• 2. 연구개발 최종목표 ... 32
• Ⅱ. 실적 (2020년) ... 52
• 끝페이지 ... 52