이상엽 특훈교수 연구팀 “바이오 기반 플라스틱 개발로 기존 화석연료 의존성 낮춰”“HDPE 수준의 강도·내구성 확보…산업화 가능성 확인”
  • ▲ 사진 왼쪽부터 생명화학공학과 이상엽 교수, 채동언 박사, 최소영 박사, 안다희 박사과정.ⓒKAIST
    ▲ 사진 왼쪽부터 생명화학공학과 이상엽 교수, 채동언 박사, 최소영 박사, 안다희 박사과정.ⓒKAIST
    KAIST(총장 이광형) 연구진이 미생물을 이용해 친환경 폴리에스터 아마이드(PEA)를 생산하는 데 성공했다. 

    20일 KAIST에 따르면 생명화학공학과 이상엽 특훈교수 연구팀은기존 PET(폴리에스터)와 나일론(폴리아마이드)의 장점을 결합한 차세대 플라스틱이지만, 기존에는 화석연료를 기반으로만 제조할 수 있었던 한계를 극복한 것이다. 이번 연구는 화석연료 의존도를 낮추고, 지속 가능한 바이오 화학산업을 실현할 수 있는 새로운 가능성을 제시했다.

    이상엽 특훈교수 연구팀은 시스템 대사공학을 활용해 미생물 균주를 개발하고, 다양한 신규 유형의 바이오 기반 폴리에스터 아마이드를 생산하는 데 성공한 것이다. 

    연구팀은 한국화학연구원(원장 이영국)과 공동 연구를 통해 생산된 플라스틱의 물성을 분석한 결과, 기존의 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)과 유사한 강도와 내구성을 갖추고 있음을 확인했다.

    이상엽 특훈교수 연구팀은 자연계에 존재하지 않는 새로운 미생물 대사회로를 설계해 △폴리(3-하이드록시뷰티레이트-ran-3-아미노프로피오네이트) △폴리(3-하이드록시뷰티레이트-ran-4-아미노뷰티레이트) 등을 포함한 9종의 폴리에스터 아마이드를 생산할 수 있는 플랫폼 균주를 개발했다.

    폐목재와 잡초 등에서 얻을 수 있는 바이오매스의 주요 원료인 포도당을 이용해 친환경적으로 PEA를 생산하는 기술을 확립했다. 연구팀은 해당 균주의 유가 배양식 발효 공정을 통해 고효율 생산(54.57g/L)을 구현하며 산업화 가능성도 확인했다.

    KAIST 연구진은 한국화학연구원 정해민·신지훈 연구원과 함께 물성을 분석한 결과, 이번에 개발된 바이오 기반 플라스틱이 기존 HDPE 수준의 물성을 갖고 있으며, 내구성과 강도 면에서도 충분한 경쟁력을 지닌 것으로 나타났다.

    이상엽 특훈교수는 “이번 연구는 석유화학 기반 산업에 의존하지 않고도 폴리에스터 아마이드를 재생 가능한 바이오 기반 화학산업을 통해 생산할 수 있음을 세계 최초로 입증한 것”이라며 “향후 생산성과 효율을 더욱 높이는 연구를 이어갈 계획”이라고 말했다.

    한편 이번 연구 성과는 국제 학술지 ‘네이쳐 케미컬 바이올로지(Nature Chemical Biology)’에 3월 17일 자로 온라인 게재됐다.