대기업 투자 및 정부 지원 확대

서론: 미생물 발효로 플라스틱을 만든다고?

플라스틱 오염 문제가 심각해지면서, 기존 석유 기반 플라스틱을 대체할 친환경적이고 지속 가능한 소재가 필요해졌다. 그중에서도 미생물 발효를 이용한 바이오 플라스틱은 주목받는 기술 중 하나다.

미생물 발효를 이용한 바이오 플라스틱이란, 특정 미생물이 유기물을 먹고 플라스틱 성분을 자연적으로 생성하는 과정을 말한다. 대표적인 예로 **PHA(폴리하이드록시알카노에이트)**가 있으며, 이는 기존 석유 기반 플라스틱과 유사한 특성을 갖추면서도 생분해성이 뛰어난 장점이 있다.

이번 글에서는 미생물 발효를 이용한 바이오 플라스틱의 생산 공정, 원리, 주요 미생물, 응용 사례 등을 자세히 살펴보겠다.

1. 미생물 발효를 이용한 바이오 플라스틱 생산 원리

 미생물이 플라스틱을 만드는 원리

일부 미생물은 스트레스를 받을 때 에너지를 저장하기 위해 ‘폴리머’ 형태의 물질을 생성한다. 이 물질이 바로 PHA(폴리하이드록시알카노에이트) 같은 바이오 플라스틱이다.

1️⃣ 미생물은 영양이 풍부할 때 성장하며 증식함.
2️⃣ 영양이 부족한(예: 질소, 인 결핍) 환경이 되면, 미생물은 생존을 위해 에너지를 저장하려고 PHA 같은 고분자 물질을 합성.
3️⃣ 이 PHA를 미생물에서 추출하여 플라스틱 원료로 사용 가능.

📌 주요 미생물:

• Cupriavidus necator (쿠프리아비 두 스 네카토르)
• Pseudomonas putida (슈도모나스 푸티다)
• Ralstonia eutropha (랄스토니아 유트로파)➡️ 이 미생물들은 자연적으로 PHA를 생성하며, 유전자 조작을 통해 생산성을 더욱 높일 수 있음.

2. 미생물 발효 기반 바이오 플라스틱 생산 공정

1) 원료 공급 (Feedstock Supply)

미생물이 성장하고 PHA를 생성하려면 **유기물(탄소원)**이 필요하다.
📌 사용되는 원료:

• 옥수수 전분, 사탕수수, 식물성 오일
• 농업 폐기물, 음식물 쓰레기 (재활용 원료 활용 가능!)

2) 미생물 배양 및 발효 (Microbial Fermentation)

✅ 미생물을 배양하고 적절한 환경에서 발효를 진행하는 단계

• 온도: 30~37°C (미생물 성장 최적 온도)
• pH 조절: 6.5~7.5
• 영양분 조절: 초기에는 영양이 풍부해야 하며, 이후 특정 영양소를 제한하여 미생물이 PHA를 생성하도록 유도

📌 핵심 과정:
1️⃣ 미생물 배양 → 빠르게 증식
2️⃣ 영양소 제한 → 미생물이 PHA 생성
3️⃣ 일정 시간이 지나면 미생물 내부에 PHA가 축적됨

3) 바이오 플라스틱 추출 (Polymer Extraction & Purification)

PHA는 미생물 세포 내부에 저장되므로, 이를 추출하는 과정이 필요하다.

📌 PHA 추출 방법:

• 화학적 방법: 용매(클로로포름 등)를 사용하여 PHA를 용해 후 추출
• 효소 처리법: 미생물 세포벽을 분해하여 PHA를 추출 (친환경적)
• 기계적 방법: 원심분리 및 필터링을 이용하여 미생물을 파괴하고 PHA를 추출

📌 핵심:
PHA 추출 과정에서 친환경적인 방법(효소 처리, 물 기반 추출 등)이 개발되면서 기존 화학적 방법보다 지속 가능성이 높아지고 있음.

 4) 건조 및 가공 (Drying & Processing)

✅ 추출한 PHA는 건조 및 정제 과정을 거쳐 최종 플라스틱 제품으로 가공됨.
📌 가공 방식:

• 압출 성형 (Extrusion Molding)
• 사출 성형 (Injection Molding)
• 필름 성형 (Film Blowing)

➡️ PHA는 기존 석유 기반 플라스틱과 유사한 성질을 가지고 있어 다양한 산업에서 활용 가능.

 3. 기존 플라스틱과 미생물 발효 바이오 플라스틱 비교

특징	기존 플라스틱 (PP, PE)	PHA 바이오 플라스틱
원료	석유 기반	미생물 발효 (재생 가능 원료)
생분해성	❌ 거의 없음	✅ 자연에서 6개월~2년 내 분해 가능
탄소 배출량	높음 (생산 과정 CO₂ 배출)	낮음 (CO₂ 절감 효과)
생산 비용	저렴	비교적 높음 (기술 개발로 점차 감소)
사용 용도	포장재, 용기, 의료용품 등	포장재, 농업용 필름, 의료기기 등

 

📌 결론:

• PHA는 자연에서 분해되며, 기존 플라스틱보다 친환경적.
• 생산 비용이 다소 높지만, 대량 생산기술이 발전하면서 점차 경제성이 향상될 전망.

4. 미생물 발효 바이오 플라스틱의 실제 활용 사례

🚗 자동차 부품

• 독일 아우디(AUDI): 자동차 내부 부품에 PHA 기반 바이오 플라스틱 적용

🥤 친환경 포장재

• 맥도널드(McDonald's): 바이오 플라스틱 컵 및 빨대 테스트 진행
• 다논(Danone): PHA 기반 요구르트 용기 개발

💊 의료용 제품

• 생체 적합성이 뛰어나 의료 기기(봉합사, 조직공학 소재)로 활용 가능

📌 결론:

• PHA 기반 바이오 플라스틱은 다양한 산업에서 사용될 수 있으며, 특히 친환경 포장재와 의료 분야에서 활발히 연구되고 있음.

 5. 미생물 발효 바이오 플라스틱의 한계와 해결 방안

문제점	해결 방안
생산 비용이 높음	미생물 유전자 조작으로 생산성 향상, 폐기물 활용 기술 개발
기계적 강도가 낮음	나노소재(셀룰로오스, 그래핀)와 혼합하여 성능 개선
대량 생산 인프라 부족	대기업 투자 및 정부 지원 확대 필요

 

📌 미래 전망:

• PHA 생산기술이 발전하면서, 기존 플라스틱과 경쟁할 수 있는 수준으로 비용이 낮아질 가능성이 높음.
• 해조류, 폐기물 기반 바이오 플라스틱 연구가 증가하면서 더욱 지속 가능한 방향으로 발전할 전망.

🔎 결론: 미생물 발효 바이오 플라스틱, 플라스틱 대체 가능할까?

🔹 미생물 발효를 통해 PHA 같은 바이오 플라스틱을 생산할 수 있으며, 이는 자연 분해가 가능하고 친환경적이다.
🔹 생산 비용과 기계적 성질의 한계를 극복하기 위한 연구가 활발히 진행 중이며, 대량 생산이 가능해지면 경제성이 향상될 것으로 예상된다.
🔹 PHA는 포장재, 자동차, 의료용품 등 다양한 산업에서 활용될 가능성이 크며, 미래 플라스틱 시장의 중요한 대안이 될 것이다. 🚀🌍