국립생물자원관(관장 서민환)은 포름산염을 먹이로 삼아 고부가가치 바이오플라스틱(식물, 미생물 등으로부터 만들어진 플라스틱을 뜻하며 자연 상태에서 석유로 만들어진 플라스틱보다 쉽게 분해됨) 소재를 생산하는 미생물 2종(슈도모나스(Pseudomonas)속 2종)을분리 배양하는데 성공했다.
개미산이라고 불리는 포름산염(폼산염)은 수소, 탄소,산소로 이뤄진산성 액체(카복실산, CH2O2)다. 최근 이산화탄소(CO2)와 수소(H2) 기체를합성해포름산염으로 전환하는 온실가스저감 기술(탄소 포집 및활용·저장)이다.
국립생물자원관은 일부 미생물이 ‘탄소 포집 및 활용·저장 기술 (CCUS)'로발생한 포름산염을 섭취해 바이오플라스틱을 생산할수 있다는 점에 착안해 2022년 초부터 고려대학교 허웅(화학생명공학)교수와 원광대학교오민규 교수팀과 함께 연구를 추진해왔다.
연구진은 이들 2종의 미생물을 국내 하천 및 저수지 등에서찾아냈으며, 기존에 알려진 메탄올자화균 메틸로러브럼(Methylorubrum)보다 5배 이상의 포름산염을섭취해 바이오플라스틱을 생산하는 것까지 확인했다.
이들 균이 생산하는 바이오플라스틱 소재는 폴리하이드록시부티레이트(Polyhydroxybutyrate, PHB)로 석유로 만든 일반 플라스틱과성질은 비슷하지만 자연 상태에서 쉽게 분해되는 장점을 갖추고 있으며 화장품 용기나 재활용 플라스틱, 수술용 봉합사 등의제작에 쓰이고 있다.
연구진은 고부가가치 화합물인 바이오플라스틱 소재를 생산하는이들 미생물의유전체를 분석할 예정이며, 이를 통해 최적의포름산염 활용 기술을 지속적으로 개발할 계획이다.
고부가가치 화합물인 바이오플라스틱 소재의 일종인 폴리하이드록시부티레이트(Polyhydroxybutyrate, PHB)로, 반결정질 열가소성 플라스틱이며 용융 가공할 수 있다.인체에 무해하며 생분해되는 장점을 가지고 있어 수술용 봉합사, 수술용 솜 등의 의료용품제작에 사용되기도 하며 주로 화장품 용기나 재활용 플라스틱 주성분으로 사용된다.
현재 포름산염을 수소 활용에 사용하는 특허는 다양하나, 포름산염을 바이오매스 및 바이오 물질 생산에 사용하는 특허는 미국 유명 민간기업인 란자테크(LanzaTech)의 기술특허를 제외하고는기술적으로 인정받은 특허는 전무하다.
더욱이 국립생물자원관 유용자원분석과 최성호 연구사(한양대 환경공학)팀이 분리개발에 성공한 미생물 슈도모나스는 미국 란자테크의 미생물 오토에타노게늄과는 종 자체가 달라 미생물, 유전자조작 방법 등에서 특허 및 상업화에는전혀 지장이 없다.
온실가스기반의 저가 탄소원을 활용한 생물학적 바이오플라스틱 소재 생산은 가격경쟁력이 있으며, ‘탄소 포집 및 활용·저장 기술(CCUS)'등의 온실가스 처리 방안에 있어 미래지향적인 우수한 기술이다
미생물추출 및 분리하고 배양기술까지 성공했으나 이후 환경산업기술원등과 연계하여 국가적 장기 프로젝트로 현장 파일럿플랜트를 통한 완성된 연구개발이 필요하다. 그러나 우리나라는 기초 연구단계지만 가능성이 높은 개발된 기초 기술을 생산성과 사업성과 연계하는 고리과정이 부실하여 완성도를 높이지 못해 결국 해외에 의존하는 경향이 우리나라 환경기술의 현실이다.
생물자원관은 포름산염을섭취해 바이오플라스틱을 생산하는 미생물을 하천과 저수지등에서 추출해내는데 성공함으로써 기초소재는 무궁무진하다는 장점을 보유하고 있다.
이번 기술은 석유화학 등 에탄올 생성공정 등 다양한 플라스틱 용기제조과정에서 발생되는 온실가스를 대폭적으로 저감하고, 그 과정에서 추출되는 물질(이산화탄소, 일산화탄소 등)을 활용하여 바이오플라스틱을 재생산할 수 있다는 1석2조의 기술이다. 온실가스저감, 탄소중립, 석유화학제품의 물질재활용 제품 생산을 통해 100% 수입에 의존하는 석유화학의 미래를 선도하는 응용기술이라는 점에서 지속가능한 국가전략으로도 매우 주목되는 광의의 기술이라 할 수 있다.
