Bioplastic PHA 1조 박철현 김상준 오재준 서동호

Bioplastic PHA 1조 20141643 박철현 20121675 김상준 20131689 오재준 20141649 서동호
심현진 최진호 한지은 김예란

Index. 1. Introduction 2. Manufacturing 3. Applications 4. Recovery
5. Recycling

1. Intro. History 발견 : Lemoigne (1925) 최초 판매 _ “ Biopol “ By ICI
샴푸 포장재 _ Wella 사 PHA의 발견은 1925년 Lemoigne 이 Bacillus megaterium을 연구하면서 이루어짐 최초의 상업적 목적의 판매는 ICI에 의해 Biopol이라는 상표명으로 이루어짐 독일의Wella사의 샴푸 포장재로 활용되었으나, 샴푸보다 샴푸병이 더 비쌌음 출처: Carmen Scholz and Richard A. Gross, Biopolyesters and Biocatalysis Introduction (이미지) Science Museum

1. Intro. Backgrounds PHA의 발견은 1925년 Lemoigne 이 Bacillus megaterium을 연구하면서 이루어짐 최초의 상업적 목적의 판매는 ICI에 의해 Biopol이라는 상표명으로 이루어짐 독일의Wella사의 샴푸 포장재로 활용되었으나, 샴푸보다 샴푸병이 더 비쌌음 출처: Carmen Scholz and Richard A. Gross, Biopolyesters and Biocatalysis Introduction (이미지) Science Museum

=> 생분해성 플라스틱에 대한 관심의 증가
1. Intro. Backgrounds - 기존 석유화학 플라스틱 : PE, PET, PVC, PP, PS, PA : 난분해성 플라스틱 - 기존 플라스틱에 대한 문제 제기 난분해성 플라스틱에 대한 규제 증가 (EU 2015년 기준) 환경오염, 재활용 문제 등 => 생분해성 플라스틱에 대한 관심의 증가 The common food-packaging polymers are polyethylene (PE) (cooking oil, milk and water containers), polyethylene terephthalate (PET) (applied in food, beverage, and other liquid containers); polyvinylchloride (PVC) and polypropylene (PP) (yogurt, spice ice tea, and margarine), polystyrene (PS) (eggs and mushroom), and polyamide (PA) (flexible packaging of perishable food, such as meat and cheese) 출처 : Application of Poly(hydroxyalkanoate) In Food Packaging: Improvements by Nanotechnology K. Khosravi-Darania and D. Z. Buccib, 독일, 오스트리아, 벨기에 등 7개 EU 회원국 등 : 플라스틱 폐기물 매립 금지 조치 일회용 플라스틱 포장봉투 사용량 감축목표 달성 or 부담금 부과체계 도입 요구 2020년까지 플라스틱 포함, 도시생활폐기물의 재활용 및 에너지회수 50％ 달성 요구 비싼 재활용 처리 비용, 일반 제품보다 강한 정부 규제 재활용 플라스틱 이용한 음식 포장에 대한 고객들의 우려

1. Intro. Definition PHA PHB PHBV
PHA: Polyhydroxyalkanoates의 준말로 미 생물 내에서 생성되는 고분자들의 총 칭 PHB:poly-(R)-3-hydroxybutyrate 의 준말 로 PHA의 가장 대표적인 고분자 PHBV: PHB와 PHV의 copolymer

growth–limiting: O, N, P, S, or trace elements (e.g., Mg, Ca, Fe)
1. Intro. Synthesis of PHA PHA 생산 조건 : 과잉 Carbon source + growth–limiting: O, N, P, S, or trace elements (e.g., Mg, Ca, Fe) 생산 목적 : 탄소, 에너지 저장 목적 일단 기본적으로 carbon source는 과잉으로 존재하고, growth–limiting 성분이 O, N, P, S, or trace elements, e.g., Mg, Ca, Fe 일때 세포가 탄소, 에너지를 저장하기 위해 생산한다. PHA 생산하는 박테리아 이름, 종류: - scl-PHA (short chain length PHA) = numerous bacteria e.g. Ralstonia eutropha (recently named Cupriavidus necator) and Alcaligenes latus - mcl-PHA (medium chain length PHA) = fluorescent Pseudomonas (ex. Pseudomonas putida). - Aeromonas hydrophila and Thiococcus pfennigii 같은 몇몇 박테리아는 scl- & mcl-PHA 합쳐진 co-polymer 를 합성한다. 생산 박테리아: 짧은 길이의 PHA: 다수의 박테리아 - Ralstonia eutropha, Alcaligenes latus 중간 길이의 PHA: fluorescent Pseudomonas (ex. Pseudomonas putida)

(Alcaligenes Eutrophus)
1. Intro. Structure of PHB 특성 Monomer의 분자량 g/mol PDI 1.9~2.1 Solubility Parameter 19.2 𝑀𝑃𝑎 0.5 MW 1.66~7.37 ×10 5 g/mol Tacticity Isotactic (Alcaligenes Eutrophus) Soluble in methachlorides 출처: Polymer Data Handbook, 1999,Oxford University Press

1. Intro. Synthesis of PHB 출처: Carmen Scholz and Richard A. Gross, Bioplyesters and Biocatalysis Introduction

1. Intro. Synthesis of PHB 세포 내에서 PHA 생산 과정,
출처: Bioplastics from microorganisms, Jose´ M Luengo, Bele´ n Garcı´a , Angel Sandoval , Germa´ n Naharroy and Elı´as R Olivera

1. Intro. Synthesis of PHB 출처: Carmen Scholz and Richard A. Gross, Bioplyesters and Biocatalysis Introduction

1. Intro. Decomposition of PHB
Hydrolysis or 생분해 PHB는 Polyester의 한 종류이기 때문에 Hydrolysis에 의한 분해가 일어남 또한 많은 종류의 미생물의 에너지원으로 사용되기 때문에 미생물에 의한 생분해 또한 가능함. 출처: Carmen Scholz and Richard A. Gross, Bioplyesters and Biocatalysis Introduction

Overview of the synthesis and degradation of PHB in S. meliloti.
1. Intro. PHB Overview of the synthesis and degradation of PHB in S. meliloti. Overview of the synthesis and degradation of PHB in S. meliloti. Carbon enters the pathway in the form of acetyl-CoA, which is converted to PHB and then degraded back to acetyl-CoA. Maya D’Alessio et al. mSystems 2017;2:e

1. Intro. Production of PHB
출처: ifBB, Biopolymers facts and statistics 2017,

2. Manufacturing. Pros. & Cons
Molecular tailoring 생분해성 비싼 가격 불안정한 원료 수급 장점 Molecular tailoring 가능하다. : 구성에 영향 주는 것 -박테리아 종, carbon source, 박테리아 유전공학, 불포화(->X-linking 되게 가공하면->강도, Tm UP), Co-Polymer 형성 등 구조적 : isotactic, branching 없음 -> 가공과정에서 잘 흐른다 * 단점 Bioplastic의 대량생산의 장애물: 높은 production, recovery cost: -불균등한 영양공급이 이루어져야 물질 합성 됨 (성장속도 늦춘다) - 저렴한 원료를 사용하여 합성하는데 어려움이 있음 + 원료 수급의 불안정성 - recovery 비용이 비싸다 -> 대사공학, 유전공학 이용해서 해결 고민해볼 수 있다.

2. Manufacturing. Cost (사례) Matabolix 사와 Archer Daniels Midland사는 Telles 사를 합작투자하여 Mirel 이라는 상표 의 PHA 기반 바이오 플라스틱 을 생산하는 미국 최대의 PHA 생산기업 이었지만, 원료 수급 과 수익률 등을 문제로 들어 ADM사는 투자를 포기한 바 있 음 설탕의 가격이 1년사이에 50%의 등락을 보이고 있다. 출처: Bioplastics in California Economic Assessment of Market Conditions for PHA/PHB Bioplastics Produced from Waste Methane, The California Department of Resources Recycling and Recovery 이미지: 설탕선물가격 (

2. Manufacturing. Cost “Mirel” : 2.49$ /lbm -> 약 2.5배 가격 원료 대부분 : 재배 작물 -> 수확량 따른 가격변동 2010년 Mirel 이라는 이름의 PHA기반 바이오플라스틱의 가격은 1파운드당 2.49달러였으며, 포장재의 원료로 사용되는 타 물질들에 비해 가격이 2.5배 가량 높음 또한 현재 PHA의 원료로 재배작물이 많이 쓰이며, 원료의 가격이 그 해 수확량에 영향을 받음 출처: Bioplastics in California Economic Assessment of Market Conditions for PHA/PHB Bioplastics Produced from Waste Methane, The California Department of Resources Recycling and Recovery

2. Manufacturing. Cost PHA의 원가에서 가장 많이 차지하는 비중은 Feedstock이다.
출처: S. Rodriguez-Perez et al. / Journal of Environmental Management 205 (2018)

2. Manufacturing. Recycling
기술명 :MINERV-PHA (이탈리아) 연간 2000~10000 톤 규모 생산 설비 에스테르 전이 반응공정 Bio Diesel 기술명 : MINERV-PHA (이탈리아) 연간 2,000에서 10,000톤 규모의 생산 설비를 갖출 수 있는 수준 - PHA, 즉 폴리하이드록시알카노에이트(polyhydroxyalkanoates)는 석유화학 공정을 통해 탄화수소에서 생산되는 기존 플라스틱들을 대체할 수 있는 바이오플라스틱을 생산 - 에스테르 전이 반응 공정을 통해 바이오디젤이 생산될 때 바이오디젤 양의 10 정도 비율로 크루드 글리세롤이 발생 - 고성능 PHA 바이오고분자를 만들 때, 추가 정제과정 없이 크루드 글리세롤을 바로 사용 가능 해외환경정보통합시스템 & Crude Glycerol PHA

2. Manufacturing . Recycling
Methanotroph는 메탄을 에너지 원으로 사용하는 미생물로, 메 탄을 흡수하여 에너지의 형태 로 체내에 저장시킴 일련의 공정을 “Stanford Process” 라고 부르며 methane의 원료 수 급을 위해 캘리포니아 내 하수 처리시설을 조사한 바 있음 출처: Bioplastics in California Economic Assessment of Market Conditions for PHA/PHB Bioplastics Produced from Waste Methane, The California Department of Resources Recycling and Recovery

2. Manufacturing . 추출 유채씨에서의 추 출
미생물로부터의 PHB추출이 아닌 유채씨로부터의 PHB추출에 관한 연구도 진행된 바 있음. 연구에 따르면 유채씨 무게의 13.7%정도가 PHB로 이루어진 유채꽃의 개체를 만들어 낸 바 있음. 출처: Meghna R. Malik et al., Production of high levels of poly-3-hydroxybutyrate in plastids of Camelina sativa seeds

3. Application. Bioplastic capacities
미생물로부터의 PHB추출이 아닌 유채씨로부터의 PHB추출에 관한 연구도 진행된 바 있음. 연구에 따르면 유채씨 무게의 13.7%정도가 PHB로 이루어진 유채꽃의 개체를 만들어 낸 바 있음. Global production capacities of bioplastics in 2017(by market segment) 출처:Bioplastics market data 2017 by European bioplastics

3. Application. Medical PHB PHBV
분해 시 : D-3-hydroxybutyrate (HB) = 혈액 내 물질 -> 조직 공학, drug carrier PHBV 느린 생분해 속도 + Biocompatibility -> 재건 수술 등 #PHB 특성상 이용되는 의료산업 PHB 는D-3-hydroxybutyrate (HB) 로 분해됨. HB는 a natural constituent of human blood. -> 체내에 주입, 이식한 뒤 분해되어도 무독성임 -> PHB만으로 이루어진 homopolymer 는 의료,제약계에서 이용 가능하다 : biomedical usage, such as tissue engineering scaffolds and drug carriers PHBV는 생분해성이되 그 속도가 느리고, biocompatibility가 있어서 medical applications (potential in reconstructive surgery) 에 많은 가능성이 있다.

3. Application. Medical 상표명 회사명 용도 Phantom Fiber™ Tornier 수술용 실
MonoMax® Braun Surgical BioFiber™ 수술용 덮개 TephaFlex® Tepha Inc. 수술용 필름 GalaFLEX Galatea Corp #PHB 특성상 이용되는 의료산업 PHB 는D-3-hydroxybutyrate (HB) 로 분해됨. HB는 a natural constituent of human blood. -> 체내에 주입, 이식한 뒤 분해되어도 무독성임 -> PHB만으로 이루어진 homopolymer 는 의료,제약계에서 이용 가능하다 : biomedical usage, such as tissue engineering scaffolds and drug carriers PHBV는 생분해성이되 그 속도가 느리고, biocompatibility가 있어서 medical applications (potential in reconstructive surgery) 에 많은 가능성이 있다. 출처: Iman et al, Biomedical Applications of Biodegradable Polyesters 이미지 출처: TORNIER (

3. Application. Packaging
vs PP : Less Deformation (약 50%) Less flexible More Rigid Tg이상의 온도에서 더 좋은 Performance #기존에 패키징으로 쓰이던 PP와의 비교 : 변형은 더 적고, 단단, flexibility 떨어진다. 고온에서 더 성능이 더 좋다. The deformation value of PHB was about 50 % lower than that of PP. PHB is more rigid and less flexible than PP. The performance of PHB tends to be lower than those of PP under normal freezing conditions. Nevertheless, at higher temperatures PHB performed better than PP. 출처 : Application of Poly(hydroxyalkanoate) In Food Packaging: Improvements by Nanotechnology K. Khosravi-Darania and D. Z. Buccib,

3. Application. Diary Packaging
제품의 색상 변화 : 리보플라빈, 베타카로틴, 비타민 A 변화하면 색상도 달라짐 / 갈색(기존물질 PS) 보다 좋음 패키징이 없으면 b감소 (L,b가 많아야 영양성분, 품질상 긍정적) 출처 : S. Muizniece-Brasava, L. Dukalska Impact of PHB Packaging Materials on Dairy Product Quality

3. Application. Packaging – PLA vs PHB
생산단가 ↓ PHB: 높은 crystallinity 높은 biodegradability => (PHB + PLA) Blending 순수한 PHB는 높은 crystallinity, low extension to break 때문에 포장재로써의 활용이 용이하지 못함 PLA는 바이오플라스틱 기반 포장재 소재로써 가장 많이 각광받고 있으나, 낮은 crystallinity로 인해 기체의 침입에 대한 저항이 낮음 PHB의 높은 crystallinity와 높은 biodegradability 로 인해 PLA와의 혼합에 관한 많은 연구가 진행됨 출처: Zhang et al, Blending Polylactic Acid with Polyhydroxybutyrate: The Effect on Thermal, Mechanical, and Biodegradation Properties (2011)

3. Application. PLA + PHB 순수한 PHB는 높은 crystallinity, low extension to break 때문에 포장재로써의 활용이 용이하지 못함 PLA는 바이오플라스틱 기반 포장재 소재로써 가장 많이 각광받고 있으나, 낮은 crystallinity로 인해 기체의 침입에 대한 저항이 낮음 PHB의 높은 crystallinity와 높은 biodegradability 로 인해 PLA와의 혼합에 관한 많은 연구가 진행됨 출처: Zhang et al, Blending Polylactic Acid with Polyhydroxybutyrate: The Effect on Thermal, Mechanical, and Biodegradation Properties (2011)

4. Recycling 폐기물 처리방법에 따른 폐자원 에너지화의 흐름은 다음과 같이 처리형태에 따라
소각여열, 가연성폐자원, 유기성폐자원 등 복합적으로 활용되고 다양한 형태의 에 너지로 변환된다. 이중 유기성폐자원의 종류에는 음식물폐기물, 음폐수, 가축분뇨, 하수슬러지 등이 있으 며, 대표적인 에너지화 시설로는 유기성폐자원을 혐기성소화를 통해 처리하고 처 리과정 중 발생된 바이오가스를 이용하여 발전, 열에너지 생산, 기체연료로 활용 하는 유기성폐자원 에너지화 시설이 있다. 출처: 폐자원 에너지화시설의 에너지 사용실태조사 및 이용 활성화 방안 마련 , 한국환경공단

4. Recycling 생분해성 플라스틱 생붕괴성 플라스틱 광분해제첨가형 광분해성 플라스틱 공중합체형
종 류 용 도 적 용 수 지 생분해성 플라스틱 - 식품 및 화학제품 첨가제, 의학용 재 료, 분해성 포장재, PP대체용 - PHB계, 다당류계 - PCL, PLA, PG 등 - 천연다당류계, Chitin계, Oil 계 생붕괴성 플라스틱 - Disposable diaper liners, Trash bag, Shopping bag, Mulch Film - PE+전분 - PE+PCL 광분해성 플라스틱 광분해제첨가형 - Mulch film, Shopping bag, 식품포장재 - PE+금속이온 공중합체형 - 낚시미끼통커버, Paper coating, Tray, Grocery bags, Cups, Plates, Mulc h film - PS, PE, PP+Vinyl-Ketone계 공중합물 - PE+Ethylene-CO계 공중합 물 일반적으로 미생물이나 빛에 의해 썩거나 분해되는 고분자를 "생분해성 고분자" 또는 협의로 "생분해성 플라스틱"이라고 하는데, 현재 국제적으로도 용어정의나 분해도 평가방법 등이 통일되지 않는 가운데 각 개별국가에서는 독자적으로 분해성 플라스틱에 대한 연구개발과 산업화가 추진되고 있다. 미국 등에서는 PE에 전분을 혼합시킨 생붕괴성 플라스틱도 생분해성 고분자에 포함시키고 있으며, 또한 광분해성 플라스틱도 생분해성 고분자로 분류하는 경우도 있다. 3가지 – 생분해성 , 생붕괴성 , 광분해성 출처:한국기술정보컨설팅,

4. Recycling 분 해 형 태 장 점 단 점 생분해성 플라스틱 완전분해 - 고가, 물성저하 - 범용제품 사용곤란
생붕괴성 플라스틱 가격저렴 범용화(PE, PP) - 장기간에 걸쳐 분해 (단기간에는 붕괴만 일어남) 광분해성 플라스틱 - 직사광선 노출필요 - Film에만 적용가능 (광증감성 첨가제에 의한 중금속오 염) 출처:한국기술정보컨설팅

4. Recycling 영 국 - Imperial Chemical Industries (ICI) 미 국 - MIT
국 명 업체 및 연구기관 연 구 및 생 산 기 술 영 국 - Imperial Chemical Industries (ICI) - 최초로 PHB를 상품화시킨 업체 - 포도당을 원료로 cell mass의 70 % 축적 - 1,000 metric ton/yr 규모 - 순도 95% PHB 생산 - 3-HB 와 3-HV의 공중합체 'PHBV(Biopol)' 시판 미 국 - MIT - James Madison Univ. - W. R. Grace사 - ICI에 비하여 초기단계로 광합성세균을 이용 40%의 PHB 획득 - PHB 합성 gene을 대장균에 cloning하여 80%이상의 PHB 획득 - 상업성 타진을 위한 시험생산 연구중 일 본 - Mitsubishi Rayon - 동경대 - 나고야 대학 - 오사카 대학 - ICI Japan - 새로운 균주이용 74%의 PHB 축적 - 값싼 4-butanediol 이용한 공중합체생산 - Methanol 이용한 PHB 고농도발효법 성공 - Methanol과 NH3+이용 136g/ℓ PHB 생산(66% PHB) - Biopol의 실용화를 위한 작업착수 오스트리아 - BtF (biotechnologische F orschungs gesellsch aft) - Alcaligenes lactus에서 변종분리 - cell mass의 80% 까지 PHB 축적 - 탄소원; sucrose, 순도 99%의 PHB 500 kg/week 생산 한 국 - (주) 고려합섬 - Fructose syrup을 기질로 유가배양하여 cell mass의 78%까지 PHB 축적 - Copolyester 개발 및 응용에 관한 연구 분해성 플라스틱의 산업화 현황 생분해성 고분자 중에서 현재 산업적으로 생산되어 활용되고 있는 것으로는 extracellular 물질인 pullulan, xanthan, alginate, dextran 그리고 intracellular 물질인 PHB 등을 들 수 있다. 이중 분해성 고분자로서 응용에 가장 많이 주목받고 있는 것은 PHB이다. 출처:한국기술정보컨설팅

4. Recycling 분해성 플라스틱은 지구 환경보존이라는 사회적 요구로 등장하였으나, 그 종류 및 기능이 제한되어 있어 기존의 플라스틱을 완전히 대체할 수 있는 단계는 아니며, 따라서 폐플라스틱에 의한 환경오염문제를 완전히 해결할 수 있는 수준은 아니다. '80년대 초 기존의 플라스틱에 전분 등을 첨가한 생붕괴성 플라스틱이나 광분해 촉진제를 첨가한 광분해성 플라스틱이 기존의 플라스틱 대체품으로 등장하여 각광을 받아 왔으나 사용후 토양 등 자연상태에 폐기처분되어도 생붕괴성 플라스틱은 분해되지 않고 미세하게 붕괴만 되므로 분해에는 한계가 있고 광분해성 플라스틱은 광분해 촉진제의 성분인 중금속 등의 첨가로 인한 2차 오염의 우려와 매립시 광선차단으로 분해되지 않는 경우도 있기 때문에 선진국에서는 그 사용을 제한하는 추세에 있다. 그러므로 폐플라스틱에 의한 환경오염을 근원적으로 해결하기 위해 미국을 비롯한 구미 선진국에서는 점차 생분해성 플라스틱의 사용을 의무화하는 입법이 추진되고 있다. 이와 같은 추세에 발맞추어 국내에서도 학계, 연구기관 그리고 관심기업에서 연구개발 및 산업화를 서두르고 있지만, 아직 충분한 준비가 되어 있지 않고, 또한 산업화의 전망이 뚜렷하지 않아 관망하고 있는 형편이다. 생분해성 플라스틱 시장이 충분히 형성되기 위해서는 첫째, 기존의 플라스틱과 유사한 물성 및 가격경쟁력, 둘째, 이들 생분해성 재료의 사용을 적극 권장하는 법적 제도의 마련, 셋째, 환경에 대한 국민적, 사회적 관심과 여론의 형성 등으로 요약될 수 있다. 분해성 플라스틱에 대한 연구개발과 산업화는 물론 그 실용화가 점차적으로 확산되고 있는 세계적인 추세와 국민대중의 환경문제에 대한 점증하는 관심을 감안할 때 생분해성 플라스틱의 이용량은 곧 증가할 것으로 보인다. 과거에는 위와 같이 평가 되었지만 다음 슬라이드 부터 최근 동향

4. Recycling 첫째, 기존의 플라스틱과 유사한 물성 및 가격 경쟁력
둘째, 생분해성 재료의 사용을 적극 권장하는 법적 제도의 마련 셋째, 환경에 대한 국민적, 사회적 관심과 여론의 형성 분해성 플라스틱은 지구 환경보존이라는 사회적 요구로 등장하였으나, 그 종류 및 기능이 제한되어 있어 기존의 플라스틱을 완전히 대체할 수 있는 단계는 아니며, 따라서 폐플라스틱에 의한 환경오염문제를 완전히 해결할 수 있는 수준은 아니다. '80년대 초 기존의 플라스틱에 전분 등을 첨가한 생붕괴성 플라스틱이나 광분해 촉진제를 첨가한 광분해성 플라스틱이 기존의 플라스틱 대체품으로 등장하여 각광을 받아 왔으나 사용후 토양 등 자연상태에 폐기처분되어도 생붕괴성 플라스틱은 분해되지 않고 미세하게 붕괴만 되므로 분해에는 한계가 있고 광분해성 플라스틱은 광분해 촉진제의 성분인 중금속 등의 첨가로 인한 2차 오염의 우려와 매립시 광선차단으로 분해되지 않는 경우도 있기 때문에 선진국에서는 그 사용을 제한하는 추세에 있다. 그러므로 폐플라스틱에 의한 환경오염을 근원적으로 해결하기 위해 미국을 비롯한 구미 선진국에서는 점차 생분해성 플라스틱의 사용을 의무화하는 입법이 추진되고 있다. 이와 같은 추세에 발맞추어 국내에서도 학계, 연구기관 그리고 관심기업에서 연구개발 및 산업화를 서두르고 있지만, 아직 충분한 준비가 되어 있지 않고, 또한 산업화의 전망이 뚜렷하지 않아 관망하고 있는 형편이다. 생분해성 플라스틱 시장이 충분히 형성되기 위해서는 첫째, 기존의 플라스틱과 유사한 물성 및 가격경쟁력, 둘째, 이들 생분해성 재료의 사용을 적극 권장하는 법적 제도의 마련, 셋째, 환경에 대한 국민적, 사회적 관심과 여론의 형성 등으로 요약될 수 있다. 분해성 플라스틱에 대한 연구개발과 산업화는 물론 그 실용화가 점차적으로 확산되고 있는 세계적인 추세와 국민대중의 환경문제에 대한 점증하는 관심을 감안할 때 생분해성 플라스틱의 이용량은 곧 증가할 것으로 보인다. 과거에는 위와 같이 평가 되었지만 다음 슬라이드 부터 최근 동향

4. Recycling _ closing the loop
우린 슬러지와 같은 공정의 폐기물을 사용한다. 즉, 폐기물로 나오는 쓸모 없는 것을 사용한다. 아무도 다루고 싶어하지 않은 것에 많은 가치가 있다. 최근 SXSW Eco 2015 에서 Full Cycle Bioplastics이 음식물 쓰레기를 이용한 PHA로 수상을 했다. 공동대표 Brian과 Ian은 자신들의 사업을 소개했다. Brain은 자신들의 액상 바이오-골드(bio-gold)의 출처를 설명하며 “우리는 슬러지와 같은 공정의 폐기물을 사용한다. 즉, 폐기물로 나오는 쓸모 없는 것을 사용한다. 아무도 다루고 싶어하지 않은 것에 많은 가치가 있다.” 라고 말했다. 출처 :

4. Recycling 경제성 PHA 분해성 플라스틱은 지구 환경보존이라는 사회적 요구로 등장하였으나, 그 종류 및 기능이 제한되어 있어 기존의 플라스틱을 완전히 대체할 수 있는 단계는 아니며, 따라서 폐플라스틱에 의한 환경오염문제를 완전히 해결할 수 있는 수준은 아니다. '80년대 초 기존의 플라스틱에 전분 등을 첨가한 생붕괴성 플라스틱이나 광분해 촉진제를 첨가한 광분해성 플라스틱이 기존의 플라스틱 대체품으로 등장하여 각광을 받아 왔으나 사용후 토양 등 자연상태에 폐기처분되어도 생붕괴성 플라스틱은 분해되지 않고 미세하게 붕괴만 되므로 분해에는 한계가 있고 광분해성 플라스틱은 광분해 촉진제의 성분인 중금속 등의 첨가로 인한 2차 오염의 우려와 매립시 광선차단으로 분해되지 않는 경우도 있기 때문에 선진국에서는 그 사용을 제한하는 추세에 있다. 그러므로 폐플라스틱에 의한 환경오염을 근원적으로 해결하기 위해 미국을 비롯한 구미 선진국에서는 점차 생분해성 플라스틱의 사용을 의무화하는 입법이 추진되고 있다. 이와 같은 추세에 발맞추어 국내에서도 학계, 연구기관 그리고 관심기업에서 연구개발 및 산업화를 서두르고 있지만, 아직 충분한 준비가 되어 있지 않고, 또한 산업화의 전망이 뚜렷하지 않아 관망하고 있는 형편이다. 생분해성 플라스틱 시장이 충분히 형성되기 위해서는 첫째, 기존의 플라스틱과 유사한 물성 및 가격경쟁력, 둘째, 이들 생분해성 재료의 사용을 적극 권장하는 법적 제도의 마련, 셋째, 환경에 대한 국민적, 사회적 관심과 여론의 형성 등으로 요약될 수 있다. 분해성 플라스틱에 대한 연구개발과 산업화는 물론 그 실용화가 점차적으로 확산되고 있는 세계적인 추세와 국민대중의 환경문제에 대한 점증하는 관심을 감안할 때 생분해성 플라스틱의 이용량은 곧 증가할 것으로 보인다. 과거에는 위와 같이 평가 되었지만 다음 슬라이드 부터 최근 동향

4. Recycling WHY? 많은 양의 유기물 확보 누군가가 이것을 이용할 수 있다고 생각한다면 가격이 오를 것
수익성을 내놓을 수 있는 좋은 시장이라는 확신할 수 있는 방법 농업 폐기물의 경우 잠재적 독성물질의 존재 분해성 플라스틱은 지구 환경보존이라는 사회적 요구로 등장하였으나, 그 종류 및 기능이 제한되어 있어 기존의 플라스틱을 완전히 대체할 수 있는 단계는 아니며, 따라서 폐플라스틱에 의한 환경오염문제를 완전히 해결할 수 있는 수준은 아니다. '80년대 초 기존의 플라스틱에 전분 등을 첨가한 생붕괴성 플라스틱이나 광분해 촉진제를 첨가한 광분해성 플라스틱이 기존의 플라스틱 대체품으로 등장하여 각광을 받아 왔으나 사용후 토양 등 자연상태에 폐기처분되어도 생붕괴성 플라스틱은 분해되지 않고 미세하게 붕괴만 되므로 분해에는 한계가 있고 광분해성 플라스틱은 광분해 촉진제의 성분인 중금속 등의 첨가로 인한 2차 오염의 우려와 매립시 광선차단으로 분해되지 않는 경우도 있기 때문에 선진국에서는 그 사용을 제한하는 추세에 있다. 그러므로 폐플라스틱에 의한 환경오염을 근원적으로 해결하기 위해 미국을 비롯한 구미 선진국에서는 점차 생분해성 플라스틱의 사용을 의무화하는 입법이 추진되고 있다. 이와 같은 추세에 발맞추어 국내에서도 학계, 연구기관 그리고 관심기업에서 연구개발 및 산업화를 서두르고 있지만, 아직 충분한 준비가 되어 있지 않고, 또한 산업화의 전망이 뚜렷하지 않아 관망하고 있는 형편이다. 생분해성 플라스틱 시장이 충분히 형성되기 위해서는 첫째, 기존의 플라스틱과 유사한 물성 및 가격경쟁력, 둘째, 이들 생분해성 재료의 사용을 적극 권장하는 법적 제도의 마련, 셋째, 환경에 대한 국민적, 사회적 관심과 여론의 형성 등으로 요약될 수 있다. 분해성 플라스틱에 대한 연구개발과 산업화는 물론 그 실용화가 점차적으로 확산되고 있는 세계적인 추세와 국민대중의 환경문제에 대한 점증하는 관심을 감안할 때 생분해성 플라스틱의 이용량은 곧 증가할 것으로 보인다. 과거에는 위와 같이 평가 되었지만 다음 슬라이드 부터 최근 동향

이 팀은 어떻게 다른 방식으로 접근했나? 폐기물: 이 공정은 비용이 들지 않는 폐기물을 이용하기 때문에 기존에 개발된 PHA 바이오 플라스틱과 차별성을 가진다. 공정은 퇴비화, 식품 생산 및 심지어 음식물 쓰레기장 등에서의 식품 관련 폐기물 슬러지를 이용하려 하고 있다. 수자원: 발효에 사용되는 물질들은 이미 물을 최소 60% 이상 함유하고 있어서 추가적으로 물을 더 첨가할 필요가 없다. 이후 물은 추출되고 재활용 되거나 안전하게 배출 될 수 있다. 퇴비화: PHA 플라스틱은 토양, 물 및 혐기 조건 등에서 분해될 수 있다. PHA는 PLA보다 훨씬 빨리 분해된다. 출처: full cycle bioplastics

사실 PHA는 바이오 플라스틱으로서 새로운 것은 아니다. 다른 사람도 이전에 했었다. 하지만, 이전의 시도가 성공적이지 못했던 것은 경제성(economic viability) 때문이었을 것이다. 아래는 추가적으로 잠재하는 문제들이다. • 많은 양의 유기물 확보도 예전에 문제였다. 따라서, 이전에는 수율이 낮을 수 밖에 없었다. • 현재 폐기물이 발생해서 누군가가 처리하도록 지불하고 있는 기업의 경우, 일단 누군가가 이것을 이용할 수 있다고 생각한다면 돈을 받을 수 있을 것이라고 생각할 수 있을 것이다. • PHA가 수익성을 내는 좋은 시장이 있다고 확신할 수 있는 방법이 필요하다. • 현재 우리의 농업 산업 모델은 Cornell의 퇴비화 품질 기준 및 가이드라인(Compost Quality Standards and Guidelines)에서 논의된 바와 같이 살충제 및 제초제를 사용한다. 이 경우 제품들 안에는 잠재적 독성물질(potentially toxic elements; PTEs)이 포함될 수 도 있다. PTE는 퇴비화 품질의 우려사항이며 퇴비화 물질에서 발생할 수 있기 때문에, 사용 후 환경으로 돌아가게 될 것을 고려한다면 이들 제품에 대한 독성 테스트 실시가 필요하다. 출처: full cycle bioplastics

폐쇄 회로 계획(closed loop plan): 팀은 자신들 사업 전부를 연결하고자 하고 있다. 따라서, 결국 가공 공장의 폐기물은 무언가 유용한 것을 만드는데 사용될 수 있으며 상업적으로 판매될 수 있다. 현재는 기존의 산업 식품 공장에 설치하는 것을 계획하고 있다. PHA 공정을 같이 배치함으로써 공장의 폐수 처리 시스템 규모를 줄일 수 있으며, 현장에서 폐기물을 수집 변환하여 인근의 플라스틱 제조 공장에 수지를 빠르게 공급할 수 있다. 사업 성장을 위해 저렴한 제품부터 시작: 농업 산업에서 제품은 운송용 팔레트(palettes) 및 농경지 용 필름 등이 포함될 수 있다. 수지는 쉽게 퇴비화 될 수 있는 집기들이나 당장은 고순도가 필요하지 않은 다른 플라스틱 기구들을 만드는 데 사용될 수 있다. 저렴한 가격을 유지해서 더 광범위한 제품에 적용하고 사용확대를 기대할 수 있다. 폐기물 제로를 달성하는데 도움: 많은 도시들에서 폐기물 제로를 달성하려 노력하고 있기 때문에, 이런 활동들은 많은 도시들에서 이전에는 매립지에서 끝이 났을 폐기물들을 이용하는 그룹들과 파트너가 되고자 하는 강한 동기를 이끌어 내고 있다.

말레이시아에서 폴리히드록시알카노에이트(Polyhydroxyalkanoate, PHA) 바이오플라스틱을 생산하는 완전 자동화방식의 첫 시험공장이 SIRIM, Sains 말레이시아 대학(Universiti Sains Malaysia, USM), Putra 말레이시아 대학(Universiti Putra Malaysia, UPM), 매사추세츠공과대학(Massachusetts Institute of Technology, MIT)과의 합작으로 Shah Alam, Selangor에 세워져 가동을 준비하고 있다. 2,000리터까지 처리 가능한 이 공장은 쓰레기 처리시스템과 연결돼 있으며, 특히 시험공장 폐수의 재사용을 위한 설계도 갖추고 있다. 생물반응장치와 공장의 통합된 제조과정은 팜커널오일 원유와 팜오일 폐기물(Palm Oil Mill Effluent, POME)로부터 다양한 옵션을 가진 PHA 물질을 생산할 수 있다. 2006년 발족한 Intensification of Research in Priority Areas(IRPA)의 초기 프로젝트가 이 시험공장의 성공을 뒷받침한 것으로 알려졌다. 커널오일원유로부터 PHA를 생산하는 단계와 규모를 확대하도록 최적화된 처리과정은 USM이 개발했으며, UPM은 팜오일 폐기물을 유기산으로 전환하는 역할을 맡았다. 이 유기산을 삭혀 Polyhydroxybutyrate-Co Hydroxyvalerate(PBHV)로 알려진 유용한 바이오플라스틱 물질을 생산할 수 있다. MIT는 PHA를 대량생산할 수 있는 유전자 재조합 품종을 개발해 대사공학 분야에서 그들의 실험을 상용화단계 수준으로 끌어 올렸다. 바이오플라스틱공장은 식품 및 포장업계, 농업 및 원예, 의료, 장난감, 섬유 업계에서 큰 수요를 가지는 비독성상품 생산에 있어 필수적이다. 말레이시아의 바이오플라스틱 산업은 비용 면에서 강점을 지니고 있다. 세계시장에서 바이오플라스틱의 생산비용은 탄소원으로 사용되는 사탕수수가 브라질에서 킬로그램 당 9.47달러(28링기트)인 반면, 팜커널 오일을 사용하는 경우 2.03달러에서 2.36달러(6링기트에서 7링기트)로, 원가절감에 유리하다. 출처: chemicals-technology, sirim-bioplastics-pilot-plant

한단계 더 나아가 “Biodegradable” 와 “Compostable” 의 차이점 더욱 완벽한 순환구조 만들 수 있음을 소개. 출처: ecotensil

Q&A 출처: ecotensil

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