과학자들은 화학과 생물학을 결합하여 혼합 플라스틱을 재활용합니다.

Apr 01, 2023

화학적 산화에 대한 수십 년 간의 연구를 바탕으로 한 직렬식 화학적 및 생물학적 공정을 사용하여 다양한 유형의 플라스틱을 분해할 수 있습니다. | 파워업/Shutterstock

연구자들은 혼합 고분자 플라스틱을 단일 화학 제품으로 전환하는 방법을 개발했습니다. 이를 통해 재활용하기 전에 플라스틱을 유형별로 분류할 필요가 없어질 가능성이 있습니다.

NREL 보도 자료에서는 "화학적 과정과 생물학적 과정을 결합하는 것은 혼합 플라스틱 폐기물의 가치화를 위한 유망한 새로운 전략입니다."라고 밝혔습니다.

이 프로젝트는 매립 및 환경(BOTTLE) 컨소시엄과 미국 에너지부의 국립 재생 에너지 연구소(NREL)에서 열가소성 플라스틱을 방지하기 위한 Bio-Optimized Technologies에서 나왔습니다.

NREL의 수석 연구원이자 BOTTLE의 책임자인 Gregg Beckham은 보도 자료에서 이 연구가 "현재 전혀 재활용될 수 없는 플라스틱 가공에 대한 잠재적인 진입점"이라고 말했습니다.

이 절차는 다양한 종류의 플라스틱을 분해하는 데 사용할 수 있는 화학적 산화에 대한 수십 년 간의 연구를 바탕으로 한 화학적, 생물학적 병행 공정입니다. 이번 연구에서는 PET, PS, HDPE에 대해 테스트했지만, PP와 PVC에도 적용할 수 있다고 연구진은 말했습니다. 연구팀은 해당 자료에 대해 추가 연구를 할 계획이다.

이 연구는 Beckham이 수석 저자로 Science 저널에 게재되었습니다. 공동 저자는 매사추세츠 공과대학(Massachusetts Institute of Technology), 오크리지 국립 연구소(Oak Ridge National Laboratory) 및 위스콘신 대학교 매디슨(University of Wisconsin-Madison)의 NREL 연구원 및 BOTTLE 팀원이었습니다.

NREL의 박사후 연구원이자 논문의 공동 저자인 Kevin Sullivan은 이 공정이 산소와 촉매를 사용하여 큰 폴리머 분자를 분해한다고 말했습니다.

Sullivan은 "우리가 사용한 화학적 촉매 과정은 자연적으로 발생하는 과정을 가속화하는 방법일 뿐이므로 수백 년에 걸쳐 분해되는 대신 이러한 플라스틱을 몇 시간 또는 몇 분 안에 분해할 수 있습니다"라고 말했습니다.

산화는 PS, PET 및 HDPE를 "벤조산, 테레프탈산 및 디카르복실산을 포함한 화학 화합물의 복잡한 혼합물로 만들어 순수한 제품을 생성하기 위해 고도의 비용이 많이 드는 분리가 필요합니다"라고 보도 자료에 명시되어 있지만 BOTTLE 팀은 지름길을 택하는 생물학.

연구진은 중간체 혼합물을 생분해성 바이오플라스틱의 한 형태인 폴리하이드록시알카노에이트(PHA) 또는 나일론 소재를 만드는 데 사용할 수 있는 베타-케토아디페이트로 "분류"하기 위해 슈도모나스 푸티다(Pseudomonas putida)라는 토양 미생물을 조작했습니다.

이번 연구의 또 다른 공동 저자인 Allison Werner는 생물학적 유입은 "많은 수의 기질에서 단일 제품으로 탄소를 유도하기 위해" 미생물의 대사 네트워크를 설계하는 것으로 구성된다고 말했습니다.

Werner는 "이를 위해 우리는 자연(보통 다른 미생물)에서 DNA를 채취해 슈도모나스 푸티다(Pseudomonas putida)의 게놈에 붙여넣습니다"라고 말했습니다. "DNA는 RNA로 전사되고, 이는 다시 다양한 생화학적 변형을 수행하는 단백질로 번역되어 새로운 대사 네트워크를 형성하고 궁극적으로 더 많은 탄소를 포착하고 탄소가 가는 방향을 조정할 수 있게 됩니다."

이전에 과학자들은 동일한 미생물을 사용하여 식물 세포벽의 화학 혼합물의 가치를 평가했습니다. 베컴은 유전자 변형 박테리아가 플라스틱을 직접 분해하지 않는다는 점을 강조했습니다.

베컴은 “지금 우리가 사용하고 있는 박테리아를 가져다가 폴리에틸렌과 결합하면 박테리아는 죽고 플라스틱은 그대로 남게 된다”고 베컴은 이것이 산화 과정이 필요한 이유라고 말했다.

BOTTLE 팀은 플라스틱의 모든 첨가제와 염료를 이해하고 정량화하기 위해 추가 연구를 수행할 계획이며, 국제 우주 정거장에 대한 다가오는 NREL 임무에서는 미세 중력이 공정을 개선하는지 여부를 테스트할 것입니다.

이 연구는 미국 에너지부의 첨단 제조 사무국과 바이오에너지 기술 사무국의 자금 지원을 받았습니다.