탄소중립을 위한 친환경 기술 혁신 중 플라스틱을 분해하는 효소

바이오 분해할 수 있는 플라스틱은 기후변화와 싸우고 탄소중립을 실현하기 위해 기존 공유 플라스틱의 대안으로 개발되어 기술적으로나 산업적으로 빠르게 성장하고 있습니다. 하지만 산업용 퇴비화 환경과 달리 기존 생분해성 플라스틱이 충분한 생분해성 플라스틱의 분해 속도를 조절하기 위한 다양한 요건이 있다는 게 일반적인 환경입니다. 최근 들어 생물분해 플라스틱에 대한 호기심이 많아 혐기성 환경에서 분해 속도를 높이기 위한 다양한 연구, 특히 미생물과 효소의 검출과 개선이 활발히 진행되고 있습니다. 이 기사는 미생물과 그 효소에 대한 최근 연구를 통해 생분해성 플라스틱을 통제하기 위한 정보를 제공할 것을 제안합니다.

플라스틱의 현시점

1907년 합성된 최초의 플라스틱 폴리머는 제2차 세계대전 이후 군 밖에서 플라스틱이 널리 사용되면서 플라스틱 생산의 빠른 성장을 촉진하는 백라이트였습니다. 플라스틱은 주로 낮은 열전도율과 전기전도성, 높은 내구성, 뛰어난 기계적 특성 및 합리적인 가격을 제공하는 오일로 합성된 유기 폴리머입니다. 석유화학 플라스틱은 1930~1940년대 상업적으로 사용되기 시작해 1950년대 대량생산에 들어가 지난 50년간 20배가량 증가했습니다. 2019년 플라스틱의 연간 생산량은 3억 5천9백만 톤, 2050년까지 전 세계 플라스틱의 총생산량은 260억 톤에 이를 것으로 예상됩니다. 5 우수한 기계적 특성, 가공 및 경량 오일 플라스틱은 단기간에 소비자 제품의 생산성을 향상하고 사회적, 경제적 이점을 제공합니다. 오늘날 석유 플라스틱은 대체할 수 없는 물질이며 포장, 전자제품, 의료, 화장품 등을 포함한 다양한 산업 분야에서 경량과 유연성을 조절할 수 있는 보편적인 물질입니다.

 

하지만 혁신적이고 편리한 소재였던 플라스틱의 장점은 높은 안정성과 화학적 저항성으로 인해 플라스틱 입자가 환경에 오랫동안 축적되면서 점차 지구 환경을 위협해 왔다는 것. 특히 바다에는 현재 5조 개가 넘는 다양한 크기와 모양의 플라스틱 조각이 있습니다. 따라서 많은 국가와 국제기구가 플라스틱 오염을 줄이기 위해 재활용을 권장하고 있지만 플라스틱 재활용은 기존 폐기물 관리 인프라를 가진 선진국에서도 현재 10% 미만. 1950년부터 2015년 동안 플라스틱의 매장, 소각 및 재활용에 관한 상세한 수치 연구가 이루어졌습니다. 2015년까지 우리는 8천3백만 톤의 플라스틱을 생산했고, 2천5백만 톤의 플라스틱을 사용했습니다. 이 중 4천9백만 톤은 매립지나 자연환경에서 버려져 축적됩니다.

 

또 800만 t(12%)이 소각되고 600만 t(9%)이 재활용됐으며 10%만 재활용돼 현재 플라스틱 폐기물 처리 효과가 미미하다는 것. 또 매립된 플라스틱 폐기물을 포함해 아직 완전히 처리되지 않은 플라스틱은 바다에 연간 480만 1270만 톤을 수입하고 있으며 미세 플라스틱(5mm 미만)은 전체 해양 플라스틱 폐기물의 90% 이상을 차지하고 있습니다. 이는 음식, 식수, 토양, 공기뿐만 아니라 인체나 주변의 강수량과 같은 예기치 못한 영역에서도 확인할 수 있습니다. 따라서 석유화학 플라스틱의 환경 및 인간에 대한 유해한 영향을 완화하기 위한 해결책으로 생분해성 플라스틱(바이오 플라스틱이라고도 함)이 제안되었습니다.

생분해성 플라스틱의 분류

현재 많은 플라스틱 폐기물이 환경에 버려지고 있으며 심각한 환경문제는 미생물 분해에 저항하는 비생식 플라스틱에서 발생합니다. 최근에는 상업화와 생분해성이 우수한 천연 및 합성 생분해성 플라스틱뿐만 아니라 생분해성, 생분해성, 무공해 물질을 생산하는 연구진의 연구가 진행되고 있습니다. 그것들은 생분해성 플라스틱의 기원과 합성 방법, 그 화학적 구성, 처리와 사용에 따라 분류됩니다. 생분해성 플라스틱은 천연중합체와 합성중합체로 분류되며, 합성중합체는 바이오매스(자연 중합체)와 오일로 분류됩니다. 천연중합체와 바이오매스는 동물, 식물, 해양 및 미생물과 같은 생물학적·생태학적 요소에서 합성되어 추출되며, 석유제품의 일부 구성요소는 오일에서 생성됩니다.

 

천연 폴리머는 고무, 리그닌, 다당류와 같은 생물에 의해 생산되거나 자연에서 직접 추출되는 폴리머입니다. 다당류는 지구상에서 가장 풍부한 천연 폴리머로 알려진 셀룰로오스, 키틴, 아밀로오스를 포함하고 있으며, 이들은 주로 면, 갑각류, 그리고 감자에서 볼 수 있습니다. 또한 알긴산나트륨은 매우 중요한 다당류로 의학과 하이드로겔 생산에 널리 사용되고 있습니다. 다당류 다음으로 두 번째로 일반적인 바이오 폴리머로 침엽수나 잎 같은 나무 조각으로 이루어진 페놀 지방성 폴리머입니다. 최근 많은 연구가 화학적으로 결합하거나 높은 열저항을 갖는 리그닌을 결합함으로써 생물분해 열가소성 수지의 물리적 특성을 개선하는 데 초점을 맞추고 있습니다.

 

지질 폴리에스터 폴리에스터는 구조적 특성상 강도, 유연성, 소수성 및 소수성 특성과 같은 다양한 특성을 가지고 있기 때문에 매우 중요한 물질. 폴리에스터는 가수분해(에스테르 결합의 가수분해 및 생물학적 촉매)나 알코올화(용제)를 통해 올리고 머와 단량체를 쉽게 혼합할 수 있어 재활용 기술 개발의 선두 주자. 이것은 분해할 수 있는 포장 재료로 사용되며 의학, 약리학, 농업에서 일회용 제품으로 자주 사용됩니다. 지방 폴리에스터는 원료 생산 단계에서 바이오매스나 석유 기반으로 크게 분류됩니다.

 

바이오매스 유도체로 합성된 생분해성 바이오매스 플라스틱은 PLA, Poly(PGA), Poly(PLGA), PHB(PHA) 및 PHA(PHA)를 포함하는 대표적인 폴리에스터, 감자 전분 밀 쌀 옥수수 바이오매스 등 재생 가능한 자원으로 합성된 PLA는 가장 대표적인 바이오매스 기반의 생분해성 플라스틱. PLA는 열가소성 플라스틱인 젖산(LA)을 L-LA와 D-LA 타입을 가진 단량체로 합성합니다.

 

수용성 합성중합체(PVAc)는 수용성 합성중합체로 단일 중합체의 형태로 합성됩니다. 그것은 높은 유연성과 낮은 독성, 특히 과일과 채소를 덮는 아시아 지역에서 식품 산업에 사용됩니다. 58 폴리(PVA)는 PVAc 가수분해에 의해 생산되며 호기심과 혐기성 조건 모두에서 생분해가 가능한 수용성 합성 폴리머입니다. 59.60 PVA와 PVAc는 다른 석유분해 가능한 플라스틱과 분리되어 있는 반면 오일 폴리에스테르는 폴리머 체인에 가수분해 가능한 그룹을 포함하고 있는 반면 PVA와 PVAc는 CC결합으로만 구성되어 있습니다.

생분해성 플라스틱 분해 미생물 및 효소

플라스틱의 분해 단계는 크게 두 단계로 나눌 수 있습니다. 첫 단계는 폴리머 사슬의 단편화로 구성되는데, 이 단편화는 폴리머 주사기의 화학적 구조와 분자 배열이 환경에 따라 가수분해되거나 산화될 때 발생합니다. 두 번째 단계는 생분해성으로 올리고 머와 단량체는 곰팡이, 박테리아와 같은 미생물에 의해 분해되고 혐기성 환경에 의해 이산화탄소, 메탄, 물 그리고 바이오매스를 생성합니다.

 

PHA를 파괴하는 미생물은 매우 다양하고 비교적 낮은 온도에서 생분해성. Alcanivorax sp는 15° 및 22°C에서 60일간 생물학적 분해로 분해 산물이 방출되는 형태학적 변종으로 PHA를 유일한 탄소 공급원으로 사용하며 SEM을 사용하여 표면의 형태학적 변화를 확인합니다. 119 구급 토층 Streptomyces sp. IN1은 30℃(3HB-co-3HV)에서 P(3HB-co-3HV)를 분해하기 위해 thermoalkanophilic P(3HB-co-3HV)를 생산하였습니다. 120 혐기성 소화는 메탄 생성을 통해 귀중한 에너지를 회복시킬 수 있습니다. 그러나 생분해성 폴리머의 혐기성 소화에 관한 한 혐기성 소화에 관여하는 미생물은 파이로 겐 생분해성 소화보다 연구가 덜했습니다. Ilyobacter delafieldii는 호수의 혐기성 퇴적물에서 분리되어 상대적으로 낮은 온도에서 80% 이상의 분해를 가진 최초의 격리된 혐기성 PHA 변종이었습니다. 메탄 생산은 동맥경화증 PHB의 변종인 Enterobacter sp와 관련이 있는 것으로 밝혀졌습니다.

결론

기존의 분해 불가능한 플라스틱은 높은 안정성과 과도한 성장으로 인해 장기간 환경에 플라스틱 폐기물이 축적되어 환경오염을 초래합니다. 대신 지속할 수 있는 순환 경제를 만들기 위해 생분해성 플라스틱에 대한 관심과 기술적, 산업적 필요성이 빠르게 증가하고 있습니다. 하지만 생분해성 플라스틱은 상온에서 생물분해가 낮아 폐기물을 분해하기 위해 다양한 과정이 필요하거나, 너무 높은 생분해성 때문에 실제 사용에 필요한 물리적 특성이 감소하는 문제가 발생합니다. 그것은 생물학적 퇴화입니다.

 

바이오매스 기반 생분해성 플라스틱인 PLA, PHA 및 PGA는 주로 호기심이 많은 환경(땅, 퇴비, 해양)에서 높은 생분해성을 가지고 있으며 혐기성 환경(예: 음식물, 폐수 및 혐기성 퇴적물)에서 상대적으로 낮은 생분해성을 가지고 있는 것으로 보고되었습니다. PLA의 경우, 그것은 높은 수준의 증기 분해를 가지며 단백질 분해 효소를 포함합니다. PHA는 상대적으로 다른 온도에서 분해되는데 이는 드문 일. Deltaproteobacteria와 Ilyobacter de lafieldi는 비교적 낮은 온도와 혐기성 조건에서 PHA를 분해하는 것으로 보고되었습니다.

 

PBS, PBAT, PCL과 같은 석유 생분해성 플라스틱은 대부분 호기심이 많은 조건에서 생분해성을 보이며 혐기성 조건에서는 거의 분해되지 않습니다. 농사에 사용되는 폴리머 필름의 주요 성분인 PBAT는 토양 환경에서 빠르게 분해되어야 하며, 이를 위해서는 호기심이 많은 중생대 미생물을 발견하는 것이 중요합니다. 하지만 분해하는 데는 최소 수개월 이상이 걸리고 현지 토양 조건에 따라 분해하는 데 걸리는 시간은 다양하다는 것. 이에 따라, 사용자가 원하는 시점에 조정할 수 있는 필름 소재에 대한 사용자의 수요가 있습니다. 이 논문에서 설명한 미생물과 효소는 특정 환경(환경)에서 생물학적 분해 플라스틱의 분해를 더욱 개선하기 위해 생물학적 사전 처리 방법으로 사용될 것입니다. 또한 이를 이용한 생물학적 I/O 열화를 포함한 생체 해부를 통해 조절할 수 있는 물질 개발에도 적용될 것으로 기대됩니다.