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버려진 후 분해되는 박테리아 포자가 내장된 플라스틱
미생물이 플라스틱을 먹도록 하는 것은 증가하는 폐기물 문제에 대한 해결책으로 자주 선전되지만 접근 방식을 실용적으로 만드는 것은 까다롭습니다. 플라스틱을 먹는 박테리아의 포자를 플라스틱에 함침시키는 새로운 기술은 이 아이디어를 현실로 만들 수 있습니다.
플라스틱 폐기물이 환경과 건강에 미치는 영향은 최근 몇 년 동안 점점 더 주목을 받고 있습니다. 플라스틱 오염을 종식시키기 위한 국제 조약을 목표로 하는 유엔 회담이 이번 주 초 캐나다 오타와에서 막 끝났지만 상당한 이견이 남아 있습니다.
재활용은 필연적으로 문제를 해결하기 위한 모든 계획에서 중요한 요소가 될 것입니다. 하지만 경제협력개발기구(OECD)에서 나온 한 2022년 보고서는 플라스틱 폐기물의 오로지 9%가 재활용되는 것을 발견했습니다. 이는 부분적으로 기존 재활용 접근 방식이 에너지 집약적이고 시간이 많이 소요되기 때문입니다.
이로 인해 새로운 접근 방식에 대한 연구가 촉발되었으며, 가장 유망한 방법 중 하나는 박테리아를 사용하여 플라스틱을 무해하게 만들거나 다른 귀중한 재료 및 화학 물질로 용도를 변경할 수 있는 빌딩 블록을 생산하는 데 사용하여 플라스틱을 분해하는 것입니다. 이 접근법의 주요 문제점은 플라스틱 폐기물이 플라스틱을 좋아하는 박테리아와 같은 장소에 버려지도록 하는 것입니다.
이제 연구원들은 제조 과정에서 플라스틱에 미생물을 삽입하는 독창적인 솔루션을 제시했습니다. 이 접근 방식은 5개월 이내에 플라스틱의 93%가 생분해되는 결과를 가져왔을 뿐만 아니라 재료의 강도와 신축성도 향상시켰습니다.
"놀라운 것은 우리의 물질이 추가적인 미생물의 존재 없이도 분해된다는 것입니다."라고 캘리포니아 샌디에이고 대학의 프로젝트 공동 리더 인 Jon Pokorski는 보도자료에서 말했습니다.
"이러한 플라스틱의 대부분은 미생물이 풍부한 퇴비화 시설에서 끝나지 않을 가능성이 높습니다. 따라서 미생물이 없는 환경에서 자가 분해되는 이러한 능력은 우리 기술을 더욱 다재다능하게 만듭니다."
박테리아를 플라스틱에 통합할 때 가장 큰 어려움은 재료 제조와 관련된 고온에서 살아남도록 하는 것이었습니다. 연구원들은 신발, 쿠션 및 메모리 폼에 사용되는 열가소성 폴리우레탄(TPU)이라는 부드러운 플라스틱으로 작업했습니다. TPU는 재료의 펠릿을 화씨 약 275도에서 녹인 다음 원하는 모양으로 압출하여 제조됩니다.
이러한 고온에서 살아남아야 할 필요성을 감안할 때, 연구원들은 가혹한 조건에서 살아남을 수 있도록 포자를 형성할 수 있는 Bacillus subtilis라는 플라스틱 먹는 박테리아를 선택했습니다. 그럼에도 불구하고 그들은 박테리아의 90% 이상이 그 온도에서 1분 이내에 죽는다는 것을 발견했습니다.
그래서 연구팀은 적응 실험실 진화(adaptive laboratory evolution)라고 불리는 기술을 사용하여 박테리아의 열에 더 강한 균주를 만들었습니다. 그들은 포자를 끓는 물에 담그고 생존자를 모으고 개체수를 다시 늘린 다음 이 과정을 반복했습니다. 시간이 지남에 따라 이것은 연구원들이 제조 공정을 견딜 수 있는 균주를 남길 때까지 더 큰 내열성을 부여하는 돌연변이를 선택했습니다.
그들이 포자를 플라스틱에 통합했을 때, 그들은 박테리아가 실제로 재료의 기계적 특성을 개선한다는 사실에 놀랐습니다. 본질적으로 포자는 콘크리트의 강철 철근처럼 작용하여 깨지기 어렵게 만들고 신축성을 높였습니다.
함침된 포자가 플라스틱 생분해에 도움이 될 수 있는지 테스트하기 위해 연구원들은 플라스틱의 작은 조각을 가져다가 멸균된 퇴비에 넣었습니다. 5개월 후, 그들은 포자가 없는 TPU의 44%에 비해 스트립의 질량이 93% 감소한 것을 발견했으며, 이는 포자가 퇴비의 영양분에 의해 재활성화되어 플라스틱을 훨씬 더 빨리 분해하는 데 도움이 되었음을 시사합니다.
그 접근법이 다른 플라스틱들에도 효과가 있을지는 불분명하지만, 연구원들은 그들이 알아낼 계획이라고 말합니다. 또한 플라스틱을 폐기하기 전에 포자가 다시 활성화되어 플라스틱으로 만든 제품의 수명을 단축시킬 수 있는 위험이 있습니다. 아마도 가장 결정적으로, 영국 포츠머스 대학의 플라스틱 연구원 스티브 플레처(Steve Fletcher)는 BBC에 이런 종류의 기술이 플라스틱 폐기물을 제한하려는 노력에 주의를 분산시킬 수 있다고 말했습니다.
그는 "이런 종류의 잠재적인 해결책에 주의를 기울여야 한다"며 "환경으로 누출되는 플라스틱은 빠르고 이상적으로 안전하게 분해되기 때문에 플라스틱 오염에 대해 덜 걱정해야 한다는 인상을 줄 수 있다"고 말했습니다. "대부분의 플라스틱은 그렇지 않습니다."
그러나 오늘날 플라스틱 오염 문제의 규모를 감안할 때 피해를 완화하려는 모든 시도는 환영받아야 합니다. 아직은 초기 단계이지만, 스스로 생분해될 수 있는 플라스틱을 만들 수 있다는 전망은 이 문제를 해결하는 데 큰 도움이 될 수 있습니다.
이상의 기사는 2024년 5월 2일 SingularityHub에 게재된 “This Plastic Is Embedded With Bacterial Spores That Break It Down After It’s Thrown Out”제목의 기사 내용을 편집하여 작성하였습니다.
* 원문정보 출처 : https://singularityhub.com/2024/05/02/this-plastic-carries-the-ingredients-to-biodegrade-itself-after-its-thrown-out/