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2025-07-04 (금)

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플라스틱 먹는 '효소' 연구 활성화⋯고비용 과제

플라스틱을 먹는 효소가 개발이 활성화돼 폐플라스틱 처리에 힘을 보탤 전망이다. 환경오염 주범으로 꼽히는 지구를 뒤덮은 폐플라스틱을 재활용하기 위해 수 많은 연구팀들은 다양한 해결책을 찾고 있다. 특히, 벌집나방 애벌레와 같은 생물학적 자원 활용은 소각이나 매립보다 환경친화적으로 플라스틱을 처리하는 유용한 도구가 될 수 있다. 미국 생화학·분자 생물학 매거진 'ASBMB 투데이'에 따르면, 스페인 생물학자 페데리카 베르토치니(Federica Bertocchini)는 약 10년 전 벌집나방의 애벌레가 플라스틱의 일종인 폴리에틸렌을 먹어 치운다는 사실을 발견했다. 폴리에틸렌은 플라스틱 용기 등을 만드는 데 흔하게 이용되지만, 잘 분해 되지 않는 특성이 있어 폐기가 어렵다는 단점이 있다. 최근 과학자들은 매립지나 자동차폐차장 등을 찾아다니면서 플라스틱을 분해할 수 있는 유기체를 찾고 있다. 이를 채취해 플라스틱의 구성 요소를 회수하는 효율적인 방법을 찾길 기대하고 있는 것. 이후 새로운 재료를 조합해 ‘무한 재활용’이 가능하도록 한다는 계획이다. 영국 포츠머스대 효소혁신센터 존 맥기한(John McGeehan)은 "놀랍게도 전 세계의 수백 개 그룹과 수천 명의 과학자들이 이 문제를 연구하고 있다"고 설명했다. 폐플라스틱, 환경오염 주범 플라스틱은 1950년대 들어 본격적으로 생산됐고 생산량도 급증했다. 매년 약 4억6000만 톤에 가까운 플라스틱이 생산되는 것으로 추정된다. 하지만 이렇게 생산된 플라스틱은 아쉽게도 소각하거나 매립지에 묻히고 있다. 플라스틱은 지구상의 심해나 극지방을 비롯해 비를 타고 내려오거나, 심지어 태반이나 모유, 사람의 혈액에서도 흔적이 보고 되는 등 우리 눈에 보이지 않는 구석구석까지 침투했다. 이처럼 플라스틱은 건강과 환경 문제와 직접 연결되어 있다. 그럼에도 수요는 줄어들지 않고 있으며, 생산량은 오는 2050년까지 10억 톤을 넘길 것으로 예상된다. 플라스틱은 가볍고, 형태를 잡기 쉬운 특성 때문에 이를 대체할 마땅한 소재가 없기 때문이다. 현실적으로 모든 플라스틱을 교체하거나 재활용할 수 없다는 점에서 차선책은 덜 만드는 것이다. 또 약 9%에 불과한 전 세계 플라스틱 재활용률을 높이는 것이 과제다. 하지만, 재활용 과정에서 유해한 화학물질을 흡수할 수 있으며, 수천 가지의 플라스틱 유형에는 각각 고유한 구성과 화학 첨가물이나 착색제가 들어 있어 대다수는 재활용할 수 없는 것이 문제다. 효소 재활용 회사 버치 바이오사이언스(Birch Biosciences) 공동 창립자이자 합성 생물학자인 요한 커스(Johan Kers)는 "우리는 심각한 플라스틱 순환성 문제를 안고 있다"며 "알루미늄과 종이 등은 재활용할 수 있지만 플라스틱 재활용은 힘들다"고 지적했다. '자연'에서 착안한 '효소' 주목 캘리포니아대학교 버클리 캠퍼스 고분자 과학자 팅 쉬(Ting Xu)는 "효소를 통한 접근법은 폐플라스틱을 폐기물의 원천이 아닌 귀중한 자원으로 전환시킬 수 있다"고 설명했다. 이미 1970년대에 플라스틱을 먹는 효소에 대한 연구가 시작됐다. 그러다가 2016년 일본 과학자팀이 사이언스 학술지에 플라스틱을 먹는 획기적인 박테리아의 새로운 변종에 대한 논문을 발표하면서 효소 연구에 다시 불을 지폈다. 교토공과대학 미생물학자 코헤이 오다(Kohei Oda)가 이끄는 연구팀은 이데오넬라 사카이엔시스(Ideonella sakaiensis) 201-F6이라고 불리는 미생물이 음료수병과 섬유에 널리 사용되는 폴리에스터인 PET 플라스틱을 주요 에너지와 식품 공급원으로 사용한다는 사실을 발견했다. 그 이후로 과학자들은 독일 라이프치히 묘지의 퇴비 더미, 그리스 하니아(Chania) 해변 등 전 세계 여러 장소에서 플라스틱을 먹는 미생물을 발견했다. 그리고 바다, 북극 툰드라 표토, 사바나 및 다양한 숲을 포함한 환경에서 자유롭게 떠다니는 DNA에서 발견된 2억 개 이상의 유전자에 대한 대규모 분석을 통해 플라스틱 분해 가능성이 있는 3만 개의 다양한 효소가 있다는 것을 찾아냈다. 맥기한은 콜로라도를 포함해 다른 지역의 국립 재생 에너지 연구소(National Renewable Energy Laboratory)의 동료들과 함께 이데오넬라 사카이엔시스의 플라스틱 섭취 능력을 담당하는 두 가지 효소를 조작해 성능을 높이고 연결해 플라스틱을 분해할 수 있는 효소 칵테일을 만들었다. 그 결과 이전보다 6배 더 빠르게 PET를 분해할 수 있었다. 최근 과학자들은 인공지능(AI)을 사용해 플라스틱을 더 빠르게 해중합[해중합은 유색 페트(PET)병이나 폴리에스터 섬유 등 플라스틱 분자를 화학적으로 분해하는 기술]하고, 표적 기질에 대해 덜 까다롭고, 더 높은 온도를 견딜 수 있는 효소를 찾아내고 있다. 초기 데이터에 따르면 생물학적 효소를 이용한 재활용은 플라스틱을 새로 만드는 것보다 탄소 배출량이 더 적은 것으로 알려졌다. 탄소와 산소가 얽혀 있는 PET 재활용 플라스틱은 생물학적 재활용에 가장 적합하다. 영국 포츠머스 대학교의 분자 생물물리학자 앤디 픽포드(Andy Pickford)는 이 물질이 '일종의 아킬레스건'이라고 말했다. PET은 탄소가 산소와 얽혀 있다. 직물과 음료수병에서 흔히 발견되며 매년 생성되는 플라스틱의 약 5분의 1을 차지하는 PET는 생물학적 재활용 업체들 사이에서 인기 있는 대상이자 상업적으로 이용 가능한 제품이기도 하다. 실제로 프랑스 회사 카르비오(Carbios)는 연간 5만 톤의 PET 폐기물을 재활용하는 것을 목표로 2025년 프랑스 북부에 바이오 재활용 공장을 열 계획이다. 호주에 본사를 둔 삼사라에코(Samsara Eco)는 2024년 멜버른에 PET에 초점을 맞춘 2만 톤 규모의 재활용을 계획하고 있다. 플라스틱 유형을 연구하고 있는 픽퍼드(Pickford)는 "PET와 유사한 화학적 구성을 가진 폴리아미드와 폴리우레탄도 본질적으로 효소에 의해 분해되기 쉬워 효소 재활용의 유망한 대상"이라고 말했다. 삼사라에코는 합성 폴리아미드의 일종인 나일론을 연구하고 있다. 지난 5월 버려진 옷으로 '세계 최초의 무한 재활용' 나일론-폴리에스테르 의류를 생산하기 위해 인기 운동복 브랜드 룰루레몬(Lululemon)과 다년간의 파트너십을 발표했다. 아직은 연구가 미진하지만 연구원들은 폴리우레탄을 분해하는 미생물에 대해서도 연구 중이다. '슈퍼웜' 유충 활용 기술 향상 효소 재활용은 순수 탄소 골격을 가진 플라스틱의 경우 전망은 흐리다. 비닐봉지를 만드는 데 사용되는 폴리염화비닐(PVC), 폴리비닐알코올(PVA), 폴리스티렌 및 폴리에틸렌을 포함하는 제품은 기름기가 많아 투입된 효소를 붙잡을 수 없기 때문이다. 그런데 페데리카 베르토치니는 데메트라(Demetra)와 세레스(Ceres)라는 이름을 붙인 왁스 벌레 타액에서 플라스틱 분해 효소를 확인했다. 이 효소는 탄소 골격에 산소를 주입해 실온에서 몇 시간 내에 폴리에틸렌을 분해하는 것으로 나타났다. 폴리스티렌을 연구하는 호주 퀸즈랜드 대학교의 미생물학자 크리스 린케(Chris Rinke) 박사는 '슈퍼웜(Superworm)'이라고 불리는 미국왕딱지벌레(Zophobas morio) 유충을 발견했다. 플라스틱을 기계적으로 작은 조각으로 파쇄하고 산소 원자를 투입해 '노화'한 다음 특수 기술을 사용해 해당 조각을 해중화하는 두 가지 과정을 통해 폴리스티렌을 분해한다. 린케 박사는 "곤충에서 발견되는 효소가 열쇠를 쥐고 있을 수 있다"고 말했다. 반면, 일부 전문가들은 생물학적 재활용 전망에 대해 낙관적이지 않다. 픽포드는 "아직 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, PVC와 같은 폴리올레핀이 대규모 효소 재활용을 위한 현실적인 목표가 될 것이라고 확신하지 못했다"며 "이런 경우 재활용이 가능한 새로운 플라스틱을 만드는 방향으로 전환하는 것이 더 현실적"이라고 말했다. 한국의 경우, 2020년 포스텍의 차형준 교수 팀은 '산맴돌이거저리(Plesiophthalmus davidis)'라고 불리는 검은 딱정벌레의 유충에서 폴리스티렌 소화 능력을 부여한 장내 세균인 '세라티아 폰티콜라(Serratia Fonticola)'에 대해 보고했다. 또 다른 그룹은 PLA를 포함한 특정 유형의 생분해성 플라스틱을 분해할 수 있는 두 가지 저온 적응성 곰팡이 균주[고산 토양과 북극 해안에서 분리된 라크네룰라(Lachnellula)와 네오데브리에시아(Neodevriesia)]를 발견했다고 보고했다. 하지만 효소를 활용하는 프로세스를 확장하는 것이 얼마나 쉬울지, 그리고 확장된 환경이 어떤 모습일지는 불분명하다. 한편, UN은 오는 2024년 세계 최초의 글로벌 플라스틱 오염 조약을 만들 예정이다. 플라스틱 오염을 억제하는 것을 목표로 하며, 특히 재활용을 더 쉽게 하기 위해 플라스틱 제품의 생산 과 설계에 대한 새로운 규칙을 도입할 것으로 예상된다. 다음 해에는 워싱턴과 캘리포니아, EU에서 플라스틱 용기와 음료수병 재료의 25%를 재활용 플라스틱으로 규정하는 법률이 시행될 예정이다. 그러나 추가적인 변화와 인센티브가 없다면 이러한 노력은 물거품이 될 수도 있다는 지적이다. 화석 연료의 저렴한 가격으로 인해 순수 플라스틱이 저렴하게 유지되는 한 생물학적 효소 활용은 비용 면에서 경쟁력이 없기 때문이다. 맥기한은 "과거 석유 및 가스 산업이 혜택을 누렸던 방식으로 PET 또는 기타 생분해성 공정에 인센티브를 부여해야 한다"며 "생물학적 재활용 기술이 향상되면 새로운 플라스틱과 경쟁할 수 있을 만큼 비용면에서 효율적일 것"이라고 강조했다. 그럼에도 그는 "효소가 전체 플라스틱 문제를 해결하지 못하지만 이제 막 첫 걸음을 뗐다"며 향후 발전에 기대감을 드러냈다.
- IT/바이오
2023-09-21 08:48:00
미국·중국·러시아 등 강대국이 달에서 채굴하려는 광물은?

최근 미국, 중국, 인도에 이어 러시아가 47년만에 달 탐사선을 궤도에 진입시켜 우주 전쟁이 본격화 되고 있다. 러시아 국립우주국 로스코스모스는 러시아의 달 탐사선인 루나 25호(Luna-25)가 지난 8월 16일 오전 11시 57분(GMT 08시57분)에 달 궤도에 진입했다고 밝혔다. 미국, 중국, 인도 등 주요 강대국들이 지구 유일의 자연 위성인 달 표면에 존재하는 다양한 물질을 탐사하기 위해 경쟁하는 가운데 러시아가 최근 47년 만에 처음으로 달 착륙 우주선을 발사한 것. 루나 25호는 지구의 유일무이한 위성인 달을 5일 정도 돌고난 뒤 8월 21일로 예정된 달 남극에 연착륙하기 위해 항로를 바꾼다. 소형차 정도의 크기인 루나 25호는 최근 몇 년 동안 마국 항공우주국(NASA)과 다른 나라 우주국의 과학자들이 분화구에서 얼어붙은 물의 흔적을 발견한 남극에서 1년 동안 작동하는 것을 목표로 한다. 러시아 달 탐사선, 47년만에 달 궤도 진입 최근 지오 뉴스(Geo News)에 따르면 러시아는 달 탐사선을 발사한 후 러시아와 중국의 공동 탐사선과 달 기지 건설 가능성도 검토할 것이라고 밝혔다. 러시아 우주 프로그램을 추적하는 러시아스페이스웹닷컴(RussianSpaceWeb.com)의 창시자이자 게시자인 아나톨리 작크(Anatoly Zak)에 따르면 소련은 1976년 달 탐사선인 루나 24(Luna-24) 이후 어떤 러시아 우주선도 달 궤도에 진입하지 못했다. 미국의 나사(NASA)는 '달의 골드러시'에 대해 이야기하고 달 채굴의 잠재력을 탐구했다. 인도의 달 탐사선 찬드라얀 3호는 8월 말로 예정된 달 남극 착륙을 위해 이달 초 달 궤도에 진입했다. 중국은 2030년 이전에 유인 달 탐사선 착륙을 목표로 하고 있다. 지난 5월 스페이스뉴스에 따르면 중국 유인 우주국(CMSA)의 린 시창 부국장은 지우취안 위성 발사 센터에서 열린 기자회견에서 "최근 중국의 유인 달 탐사 프로그램의 달 착륙 단계가 시작됐다. 주요 목표는 2030년까지 중국 우주 비행사를 처음으로 달에 착륙시키는 것"이라고 밝혔다. 이처럼 미국과 중국, 러시아 등 강대국들이 달 탐사에 열을 올리는 이유는 무엇일까. 지구에서 38만4400km 떨어져 있는 달은 지구의 자전축 흔들림을 완화하여 보다 안정적인 기후를 보장한다. 또한 달은 전 세계 바다에 조수(지구·태양·달 사이의 인력 작용으로 해수면이 하루에 2회 주기적으로 오르내리는 것)를 일으킨다. 현재 학설에 따르면 달은 약 45억 년 전에 거대한 물체가 지구와 충돌하면서 형성된 것으로 추정된다. 충돌로 인한 파편이 모여 달을 형성한 것으로 추정하고 있다. 인도 달 탐사선, 달 남극에 '물' 존재 확인 인도와 러시아 달 탐사선의 최종 목적지인 달 남극은 물이 존재하는 것으로 알려졌다. 달에 물이 존재한다는 것은 주요 우주 강대국에 큰 영향을 미친다. 인간 생명에 필수적인 물의 존재로 인해 인간이 행성에 더 오래 머물면서 달 자원을 채굴할 수 있게 할 것으로 보인다. 달에는 물을 비롯해 헬륨-3, 스칸듐, 이트륨 등 희토류 금속이 있다. △ 물 나사에 따르면 달에서 물을 최초로 발견한 것은 인도 탐사선이다. 2008년 인도 탐사선 찬드라얀 1호가 달 표면에 퍼져 있고 극지방에 집중된 수산기 분자를 감지한 것이 결정적이다. 물은 인간의 생명에 필수적이다. 또 수소와 산소의 원천이 될 수 있고 로켓 연료로 사용될 수 있다. △ 헬륨-3 헬륨-3은 지구에서는 희귀한 헬륨의 동위원소다. 나사에 따르면 달에는 헬륨-3이 100만 톤이 있는 것으로 추정된다. 유럽우주국에 따르면 이 동위원소는 핵융합로에서 핵에너지를 제공할 수 있지만 방사능이 아니기 때문에 위험한 폐기물을 생성하지 않는다고 한다. △ 희토류 금속 보잉의 연구에 따르면 스마트폰, 컴퓨터 및 첨단 기술에 사용되는 희토류 금속인 스칸듐, 이트륨 및 15란타나이드 등이 달에 존재한다. 그렇다면 달에서 희토류 등의 채굴은 어떻게 이루어질까. 이들 광물들을 채굴하려면 달에 일종의 인프라를 구축해야 한다. 지구가 아닌 달의 환경에서는 로봇이 대부분의 힘든 작업을 해야 한다는 것을 의미한다. 다만 달에 물이 있다는 것은 인간이 장기간 존재할 수 있는 조건이 될 수 있다. 특정 국가가 '달 주권' 주장할 수 있나? 지구의 법으로 어느 한 나라가 달 주권을 주장하기엔 아직 불명확하고 빈틈이 많다. 1966년 유엔의 우주 조약에 따르면 어떤 국가도 달이나 다른 천체에 대한 주권을 주장할 수 없으며 우주 탐사는 모든 국가의 이익을 위해 수행되어야 한다고 명시되어 있다. 그러나 법률가들은 민간 기업이 달의 일부에 대한 주권을 주장할 수 있는지 여부는 불분명하다고 지적했다. 랜드(RAND Corporation)는 작년에 블로그에서 "우주 채굴은 잠재적으로 높은 위험에도 불구하고 기존의 정책이나 거버넌스가 상대적으로 거의 적용되지 않는다"라고 언급했다. 1979년 달 협정은 달의 어떤 부분도 "국가, 국제 정부 간 또는 비정부 기구, 국가 조직 또는 비정부 단체 또는 자연인의 재산이 되어서는 안 된다"고 명시하고 있다. 문제는 주요 우주 강대국 중 어느 나라도 이 협정을 비준하지 않았다는 점이다. 미국은 2020년 나사의 아르테미스 달 탐사 프로그램의 이름을 딴 '아르테미스 협정 '을 발표해 달에 '안전 구역'을 설정함으로써 기존의 국제 우주법을 기반으로 법을 구축하기 위해 노력했다. 그러나 러시아와 중국은 이 협정에 가입하지 않아 향후 강대국간의 달 주권 다툼 문제가 제기될 가능성이 크다. 한편, 19일 러시아 국립우주국 로스코스모스는 러시아의 루나 25호가 착륙 전 궤도로의 이동을 준비하던 중 이날 "비정상적인 상황"이 발생했다고 밝혀 달 남극 탐사에 제동이 걸렸음을 시사했다.
- 산업
2023-08-20 12:39:00