폴리락틱산(Polylactic acid)은 대부분 포장 재료로 이용되는 플라스틱이다. 증가하는 수요를 충족시키기 위해 스위스 취리히 연방공과대의 연구자들은 바이오디젤(biodiesel)을 생산하는데 부산물로 만들어지는 글리세롤로부터 대량으로 락틱산(lactic acid)을 생산할 수 있는 환경친화적인 방법을 개발했다.

플라스틱 쓰레기는 오늘날 가장 큰 환경문제 중 하나이다. 플라스틱의 대부분은 생분해되지 않으며 작은 조각으로 부서질 수는 있지만 여전히 하나의 고분자로 존재한다. 또한, 이들 플라스틱의 대부분은 화석 연료로부터 만들어지기 때문에 자원 고갈 문제 역시 심각해지고 있다. 이에 대한 대안의 하나로 폴리락틱산(PLA)이 존재한다. 이들은 생분해성을 지니고 있으며 재사용이 가능한 자원으로부터 만들어질 수 있다. 제조자들은 PLA를 휴대용 컵, 가방 및 다른 종류의 포장 용지로 이용하고 있으며 이들에 대한 수요는 2020년까지 매년 1메카톤(megaton)에 육박할 것으로 예상된다.

스위스 취리히 연반공과대학 화학공학과의 Konrad Hungerbuhler과 Javier Perez Ramirez는 락틱산을 만드는 새로운 방법을 연구 중이다. 이 방법은 현재 락틱산을 생산하는 방법에 비해 보다 비용효과적이며 친환경적이다. 이 새로운 방법의 가장 큰 장점은 이들이 쓰레기 원료인 글리세롤을 이용해 락틱산을 만든다는 점이다.

글리세롤(glycerol)은 1세대 바이오연료를 제조하는 과정에서 부산물로 생산되며 고품질은 아니지만 재(ash)와 메탄올을 포함하고 있다. 이에 대해 이번 연구를 수행한 Hungerbuhler 교수 랩의 박사과정학생인 Merten Morales는 "어느 누구도 이 쓰레기 글리세롤을 이용해 무엇을 해야할 지를 알지 못하고 있다"고 말했다. 이 쓰레기 글리세롤은 점차 늘어나 2014년 3메가톤을 지나 2020년에는 4메가톤을 넘어설 것으로 예측되고 있다. 이들이 지닌 불순물 때문에 글리세롤은 화학이나 약학 산업에는 적합하지 못하다. 더구나 이들은 잘 타지도 않으며 좋은 에너지원이 될 수도 없다.

이에 대해 그는 "보통 이들은 오염수 처리 공정을 거치게 되지만 비용을 절감하는 차원과 또한 매우 유독한 것은 아니라는 점 때문에 몇몇 회사들에서는 이들을 강에 배출하거나 동물의 사료로 이용하기도 한다. 하지만 이것들이 동물에 어떤 영향을 미칠지는 아직 밝혀진 바 없다"고 말했다. 이 쓰레기 원료 물질을 락틱산으로 변환시키는 기술은 새로운 방법이며 환경 친화적이다. 이 과정에서 글리세롤은 효소에 의해 처리되어 디하이드록시아세톤(dihydroxyacetone)으로 변형되어 여러 종류로 이루어진 촉매를 통해 락틱산으로 전환되게 된다.

Perez-Ramirez 교수가 이끄는 촉매 공학연구팀은 높은 반응성과 장시간 활성을 지닐 수 있는 촉매를 디자인했다. 이들은 미세기공성 미네랄, 지올라이트 등으로 구성되어 있다. 두 연구팀 간의 긴밀한 협조를 통해 촉매는 단계적으로 계량되어 이전에 비해 나아진 모습을 보였다. 이와 관련해 Perez-Ramirez 연구팀의 박사과정생인 Pierre Dapsens는 "일반적인 방법들과의 비교, 평가없이 우리는 발효에 비해 훨씬 덜 친환경적인 것으로 입증된 우리 연구의 초기 촉매 디자인에서 큰 행복을 느꼈다"고 말했다. 촉매 디자인에 있어서 몇몇 부분들을 개량함으로써, 연구자들은 마침내 환경 및 경제적인 관점에서 당 발효 결과를 앞지를 수 있었다.

쓰레기 글리세롤을 이용하고 이들의 생산성을 개량한 것 이외에도 이 새로운 공정은 발표에 비해 이산화탄소의 발생을 30%까지 줄일 수 있다. 이전의 방법을 이용하는 경우 7.5킬로그램의 이산화탄소가 발생하는 반면, 이 새로운 기술을 이용하는 경우 6킬로그램의 이산화탄소가 발생한다. 또한 전체적인 공정 비용을 낮춤으로써, 연구자들은 이 새로운 공정을 통해 17배나 수익을 증진시킬 수 있다는 예측을 할 수 있었다.

이와 관련된 보다 자세한 연구 결과는 (Morales M, Dapsens PY, Giovinazzo I, Witte J, Mondelli C, Papadokonstantakis S, Hungerbuhler K, Perez-Ramirez J: Environmental and economic assessment of lactic acid production from glycerol using cascade bio- and chemocatalysis. Energy Environ. Sci. 5 November 2014, DOI: 10.1039/C4EE03352C)를 참고하기 바란다.

출처 KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』