플라스틱 먹는 곰팡이와 박테리아... 쓰레기 줄일 대안 될까?

사진 설명, 영국의 바이오 공학 스타트업인 비옴(Biohm)의 수석 생명공학 엔지니어인 사만다 젠킨스

사진 출처,S JENKINS

 

영국의 바이오 공학 스타트업인 비옴(Biohm)의 수석 생명공학 엔지니어인 사만다 젠킨스는 어느 날 여러 곰팡이(균)를 연구하던 중 뜻밖의 발견을 했다.

"곡물이 가득 찬 통에서 일종의 버섯 덩어리가 불쑥 나온 것을 상상해 보세요. 처음엔 그 모습이 특별히 흥미롭거나 신기하다고 여기진 않았습니다. 하지만 그것이 플라스틱 스펀지를 뚫고 나왔을 땐 정말, 정말 멋졌어요."

젠킨스는 곰팡이를 보관했던 용기를 플라스틱 스펀지로 밀봉했었는데, 이걸 곰팡이가 먹어버린 것이었다. 즉 곰팡이는 플라스틱을 여느 음식처럼 분해되고 흡수했다.

원래 연구의 목적은 바이오 기반 단열판에 사용할 여러 종류의 균을 평가하는 것이었다. 하지만 왕성한 소화력의 곰팡이를 우연히 발견한 뒤 연구 목적은 전환됐다. 비옴은 현재 플라스틱 쓰레기를 줄이는 데 잠재적으로 도움이 될 수 있는 보다 효율적인 방법을 개발하기 위해 노력하고 있다.

사진 설명, 현미경을 통해 박테리아가 플라스틱을 먹는 모습을 관찰할 수 있다

사진 출처,BIOHM

 

1회용 플라스틱 쓰레기가 엄청난 문제라는 것은 더이상 비밀이 아니다.

환경단체 그린피스에 따르면 2015년까지 전 세계에서 새로 생산한 플라스틱은 63억 톤에 이르는데 , 이 중 9%만이 재활용됐다. 나머지는 소각장에서 태워지거나 매립지에 묻혔다.

현재 유럽연합(EU)에서는 플라스틱 포장재의 40% 이상이 재활용되고, 2025년까지 목표를 50%로 상향하는 등 상황이 개선되고 있긴 하다.

하지만 음료수 용기로 널리 사용되는 페트(PET)와 같은 플라스틱은 전통적인 방법으로는 재활용하기 어렵다. 그렇다면 바이오 공학이 해답이 될 수 있을까?

젠킨슨은 곰팡이를 페트와 폴리우레탄에 실험하고 있다. 그는 "플라스틱을 넣으면 곰팡이가 플라스틱을 먹으면서 더 많은 곰팡이가 생기고, 여기서 나온 걸 가지고 바이오 물질을 만들 수 있다"면서 "음식이나 동물 사료 혹은 항생제로 쓸 수 있다"고 말했다.

다른 몇몇 회사들도 곰팡이를 활용한 연구에서 어느 정도 성공을 거뒀다.

사진 설명, 대장균을 변형하면 플라스틱 추출물을 바닐라향으로 바꿀 수 있다

사진 출처,GETTY IMAGES

최근 영국 에든버러 대학의 연구진은 실험실에서 개발한 대장균을 이용해 페트를 페트의 주원료인 테레프탈산으로 분해, 여러 화학작용을 거쳐 테레프탈산을 요리용 향미인 바닐라 향으로 변신시켰다.

같은 대학의 생명과학대 조안나 새들러 박사는 이 결과에 조심스럽지만 희망 섞인 반응을 보였다.

"우리 연구는 아직 매우 초기 단계입니다. 이 과정을 보다 효율적이고 경제적으로 실행할 수 있는 방법을 찾을 필요가 있죠. 하지만 이것은 정말 흥미로운 출발점이며, 이 과정을 더 개선하고 나면 앞으로 상용화될 가능성이 있습니다."

한편 독일 라이프치히의 헬름홀츠 환경연구센터연구진은 동네 쓰레기 매립장에서 발견된 박테리아를 폴리우레탄 분해에 사용하는 데 성공했다. 'Pseudomonas sp TDA 1TDA1' 라 불리는 이 박테리아는 자체 몸집을 키우기 위해 플라스틱의 절반 정도를 소비하고 나머지는 이산화탄소로 방출한다.

다른 플라스틱을 먹는 유기체와 마찬가지로, 이 박테리아 역시 미생물 효소를 이용해 폴리우레탄을 분해한다. 독일 연구팀은 이제 이 효소를 구성하는 특정 유전자를 식별할 목적으로 박테리아에 대한 유전체 분석을 수행했다.

 

그러나 일부에서는 이런 기술이 상업화될 수 있을지에 의문을 표한다.

미국 미시간 주립 대학의 라마니 나라얀 교수는 "미생물 효소를 이용해 페트를 분해하는 건 흥미로운 과학이므로 연구가 필요하다"면서도 "이런 기술은 덜 흥미롭지만 더 일상적인, 이미 입증된 상용화 기술인 물 촉매 시스템과 경쟁해야 할 것"이라고 말했다.

사진 설명, 카르비오스는 미생물 효소를 이용해 페트를 분해했다

사진 출처,CARBIOS

 

효소를 이용한 페트 분해 기술 상업화에 가장 큰 진전을 보인 건 프랑스 회사인 카르비오스일 것이다. 카르비오스는 원래 퇴비 더미에서 찾은 미생물 효소를 사용해 페트를 분해했다. 로레알과 네슬레 등 소비재 분야의 거물급 기업과 손을 잡은 후, 이 회사는 미생물 효소 재활용 플라스틱만을 사용해 식품용급 페트를 세계 최초로 생산했다고 최근 발표했다.

전통적인 페트 재활용 방법과는 달리 미생물 효소를 활용한 방법은 색깔이 있는 페트도 재활용할 수 있다. 마틴 스테판 카르비오스 부사장은 "물리적 재활용과 같은 전통적인 방법을 통해서는 투명한 페트를 얻기 위해선 투명한 페트를 투입해야 하지만, 저희 기술은 색깔과 상관없이 어떤 종류의 페트 폐기물도 페트 용품으로 재활용될 수 있다"고 했다.

사진 설명, 카르비오스는 자사의 기술로 색깔에 관계없이 어떤 페트병도 재활용이 가능하다고 밝혔다

사진 출처,CARBIOS

 

하지만 이 공정으로 생산된 페트병은 석유화학 제품을 사용한 것보다 거의 두 배 비싸다. 그럼에도 불구하고 스페탄 부사장은 이 기술이 전통적인 방법으로 제조된 페트병의 낮은 비용에 필적할 잠재력을 가지고 있다고 봤다.

라이프치히 대학 분석화학 연구소의 볼프강 짐머만 박사도 카르비오스의 기술이 유망하다고 전망했다. 그는 "미생물 효소를 이용한 재활용 방법은 매우 유용할 수 있다"며 "방법이 매우 구체적이고, 재활용하려는 물건의 포장재가 더러워도 그것 때문에 오염될 가능성에 대해 염려하지 않아도 된다. 또 공정에서 에너지가 많이 들지도 않는다"고 말했다.

"또 이 방법은 간단하게 그 규모를 늘리거나 줄일 수 있습니다. 미생물 효소를 이용한 이 방법은 작은 규모로 이뤄질 수 있기 때문에 탄소 배출량이 적다는 장점도 있죠. 개발도상국의 대도시 외곽 혹은 외딴 지역 등 어디에서나 시도해볼 수 있단 얘기죠."

사진 설명, 재활용이 어려운 페트는 종종 개발도상국에 보내져 처리된다

사진 출처,GETTY IMAGES

 

그러나 그는 이 방법이 만병통치약이 될 순 없다고 지적했다.

짐머만 박사는 "페트병은 미생물 효소를 통해 새 병으로 재활용될 수 있지만, 불행하게도 페트병은 매우 빨리 굳고 효소 분해가 잘 되지 않는다"며 "즉 결정화를 줄이기 위해 페트를 녹이고 압출하는 등 실제론 더 많은 에너지가 투입되는 추가적인 전처리 공정을 도입해야 했다"고 설명했다.

"그 후 효소를 사용해 페트병을 분해할 수 있죠. 하지만 이렇게 되면 경제적 혹은 환경 측면에서도 재활용하는 이유 자체가 성립이 안 되죠."

시간이 지나면서 상황이 나아지긴 하겠지만, 스테판 부사장도 현재로선 효소 재활용의 활용 범위가 매우 제한돼 있다고 지적한다.

"저희가 개발한 기술은 전 세계의 연간 플라스틱 생산량인 약 3억5000만 톤 중에서 약 7500만 톤을 차지하는 폴리에스테르 단 2종에만 적용이 가능한 겁니다. 아직도 가야 할 길이 멉니다."