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		자료배포일	2023년 12월 20일(수)		매수	6
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플라즈마로 미생물의 플라스틱 분해 효율 높인다

-  세계 최초 플라즈마의 미생물 플라스틱 분해 효율 증가 입증 -

물질의 네 번째 상태로 불리는 플라즈마 기술을 활용하여 미생물의 폐플라스틱 분해 효율을 높이는 연구 결과가 발표되어, 폐플라스틱의 친환경 처리 가능성이 확대될 것으로 기대된다.

한국핵융합에너지연구원(이하 핵융합(연), 원장 유석재) 플라즈마기술 연구소 지상혜 박사는 미생물 및 폐플라스틱에 적용할 수 있는 플라즈마 전처리 기술 개발을 통해 미생물의 플라스틱 분해 효율을 높이는 데 성공하였다고 20일(수) 밝혔다.

미생물을 활용한 폐플라스틱 분해는 분해 후 유독성 잔류물이 남지 않아 친환경적인 플라스틱 처리 방법으로 주목받고 있다. 하지만 미생물의 폐플라스틱 분해 효율이 낮아 대량의 폐플라스틱에 적용하기 위한 추가 연구가 필요한 상황이다.

지상혜 박사는 미생물에 직접 플라즈마를 처리하는 방식과 폐플라스틱에 플라즈마 처리를 한 뒤 미생물을 접종하는 두 가지 접근 방식으로 연구를 수행하였으며, 각각의 방식에서 모두 폐플라스틱 분해 효율이 개선되는 것을 확인하였다.

미생물에 플라즈마 처리를 한 경우, 미생물의 개체수가 약 5배  증가 하였으며 미생물의 활력 및 생존력도 증진되었다. 그 결과, 폐플라스틱의 분해를 가속화하는 산화 작용이 플라즈마 처리를 하지 않은 미생물과 비교하여 약 8배 이상 활발하게 일어났으며, 강한 산화 반응의 증거인 카르보닐* 결합도 관측되어 플라스틱 분해 속도가 더욱 가속화되고 있음을 확인하였다.

*카르보닐(carbonyl) : 탄소(C) 원자와 산소(O) 원자의 이중 결합을 뜻하며, 산소 투입으로 폐플라스틱의 주요 원자 결합이 약해져 산화가 촉진되고 있다는 것을 보여주는 증거가 된다.

지상혜 박사는 연구 과정에서 폐플라스틱 분해 기능을 지닌 신규 미생물을 발굴하는 데 성공하였으며, 미생물의 생명 자원 정보를 미국 국립생물정보센터(NCBI, National Center for Biotechnology information)에 정식 등록하였다.

더불어 플라즈마 처리를 한 폐플라스틱 시료에 미생물을 접종한 결과 플라즈마 처리를 하지 않은 시료의 경우 무게가 약 50% 감소한 반면, 처리된 시료의 경우에는 무게가 약 80% 감소하였다. 플라스틱에 플라즈마 처리를 한 뒤 미생물을 접종하였을 때 보다 효율적인 분해가 일어나는 것을 증명한 것이다.

그동안 미생물의 플라스틱 분해 연구는 다양한 방식으로 수행되어 왔으나, 플라즈마 기술을 미생물의 플라스틱 분해에 적용하여 효과를 입증한 사례는 이번 연구가 세계 최초이다. 또한, 플라즈마의 강한 전기장, 라디칼을 이용하여 유해 미생물을 사멸하는 기존 연구와 달리 미생물에 적당한 자극을 줄 경우 유용 미생물을 활성화 할 수 있다는 가능성을 보여준 점도 주목할 만 하다.

연구 책임자인 지상혜 박사는 “플라즈마 처리를 통한 유용 미생물 활성화 연구 경험을 통해 플라스틱 분해 미생물에 플라즈마 기술을 적용하는 것도 충분히 가능할 것이라고 생각했다”며, “플라즈마 미생물 활성화 기전 연구를 통해 플라스틱 분해 효율을 더욱 높일 수 있는 방안에 대해 선제적 연구를 이어갈 계획이다.”라고 전했다.

핵융합(연) 유석재 원장은 “반도체와 같은 첨단 산업 분야에서 활약하는 플라즈마 기술이 농식품·환경과 같은 우리의 실생활과 밀접한 분야에서도 그 가치를 인정받고 있다”며, “앞으로도 더욱 다양한 분야에서 플라즈마 기술이 적용될 수 있도록 원천기술 확보 및 신산업 창출 등을 위해 최선을 다하겠다.“고 밝혔다.

한편 이번 연구 결과는 ‘플라즈마에 의한 플라스틱 분해용 미생물 활성화 발명’ 및 ‘플라스틱 처리 장치 및 플라스틱 처리 방법에 관한 발명’으로 각각 특허 출원하였으며, 화학 및 환경 관련 국제 학술지인 Chemosphere(IF 8.943)**  와 Environmental technology & Innovation(IF 7.758)*** 저널에 관련 논문이 게재되었다.

**논문명 : Biodegradation of low-density polyethylene by plasma-activated Bacillus strain (Chemosphere Vol.349)

***논문명 : Improved biodegradability of low-density polyethylene using plasma pretreatment and plastic-degrading bacteria (Environmental technology & Innovation Vol.32)

연구 성과 이미지 설명

그림 1. 미생물을 접종한 폐플라스틱 시료의 물리적 표면 변화 비교

(A와 B) 플라즈마 처리를 하지 않은 시료

(C와 D) 플라즈마 처리된 시료

(E와 F) 플라즈마 처리를 하지 않은 시료에 미생물 접종

(G와 H) 플라즈마 처리된 시료에 미생물 접종

(출처: https://doi.org/10.1016/j.eti.2023.103449)

그림 2. 플라즈마 처리 후 활성화된 미생물

A. 플라즈마 처리 시간에 따른 미생물 개체수 → 플라즈마 처리 후 미생물의 개체수가 증가

B. 플라즈마 처리 후 미생물 세포에 존재하는 ATP(생체에너지)의 정량화 → 플라즈마 처리 후 ATP가 증가함

C. 미생물의 생존력 (적색: 죽은 세포, 녹색: 살아있는 세포)

- (a) : 70% 이소프로필 알코올 처리로 음성 대조군

- (b) : 미처리 미생물, B. safensis

- (c) : 3분간 플라즈마 처리한 미생물 B. safensis

- (d) : (b)와 (c)의 정량 비교

(위) 죽은 세포(적색)와 살아있는 세포(녹색)의 개체수 비교 → 플라즈마 처리를 한 (c)의 미생물의 양이 많고 살아있는 세포의 비율도 높음

(아래) 미생물의 생존력 비교 → 플라즈마 처리를 한 (c)의 미생물이 생존력이 더 높음

(출처: https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2023.140763)

그림 3. 플라즈마 처리를 한 미생물을 플라스틱에 접종 후 분해까지 과정 요약

(출처: https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2023.140763)