[이는 해당 논문의 DOI: 10.1021/acssuschemeng.4c05992를 정정합니다].

바이오매스 기반 플라스틱 생산 시스템은 지속가능한 사회를 조성하는 데 핵심적인 역할을 한다. 생분해성 멀치 필름(BDM)은 농업에서의 환경 오염 문제에 대한 실용적인 해결책으로 부상해 왔다. 폴리부틸렌 아디페이트-코-테레프탈레이트, 폴리부틸렌 숙시네이트, 폴리부틸렌 숙시네이트-코-아디페이트를 포함한 다양한 유형의 BDM이 개발되었으나, 그중 다수는 여전히 화석연료 기반 플라스틱에서 유래한다. 또한 농업에서 생분해성 소재의 도입은 제한적이다. 본 종설은 멀치 필름의 진화와 의의를 비판적으로 평가하면서, 환경적 도전에 대응하여 전통적인 폴리에틸렌(PE)에서 BDM으로의 전환을 조명한다. 바이오매스로부터 유래한 BDM을 생산하기 위한 바이오정제(biorefinery) 접근법에 대한 개요를 제공하며, 바이오매스 전처리, 당화(saccharification), 미생물 세포 공장(microbial cell factories)을 이용한 플라스틱 단량체의 생산, 정제, 중합을 논의한다. 아울러 본 종설은 중합 과정에서 멀치 필름의 생분해 능력을 향상시키기 위한 기술을 탐구한다. 또한 BDM의 분해 속도를 제어하기 위한 발전의 필요성을 강조한다. 이들 소재의 폐기와 관련된 환경 문제를 다룸으로써, 본 종설은 보다 지속가능하고 환경 친화적인 농업 환경을 위한 효과적인 전략 개발의 중요성을 부각한다.

부틸 고무 생산을 위한 모노머인 이소부틸렌은 전통적으로 천연가스의 열분해를 통해 얻어진다. 그러나 이 경로는 화학적 또는 생물학적 방식으로 재생자원을 고도화(valuarization)하여 화석자원에 대한 의존도를 줄이는 경로들로 대체되어야 한다. 생물기반 부틸 고무에 관한 광범위한 연구에도 불구하고, 바이오이소부틸렌으로부터 경제적으로 타당한 대규모 생산은 아직 충분히 탐구되지 않았다. 본 연구는 미생물을 이용해 이소부탄올을 생산하고, 이를 이소부틸렌 및 부틸 고무로 전환하는 공정을 개발한다. 대사적으로 공학화된 대장균(Escherichia coli)이 포도당을 발효하여 이소부탄올을 생성하였고, 세포독성 관련 문제를 방지하기 위해 회수 타워에서 물을 이용한 흡착성 증기 포획(absorptive vapor capture) 방식으로 배양 배지로부터 이를 제거하였다. 이후 회수한 물질을 배치 증류(batch distillation)로 농축하고, γ-Al2O3/HCl 상에서 선택적으로 탈수(dehydrated)하여 이소부틸렌을 얻었다. 이소부틸렌과 이소프렌의 저온 양이온성 공중합(low-temperature cationic copolymerization)을 통해 상업적 용도에 적합한 특성을 갖는 부틸 고무를 제조하였다. 계산 모델링을 통해 흡수 타워의 효율이 검증되었으며, 최적의 이소부틸렌 회수를 위해서는 다단 증류 타워가 필요함이 강조되었다. 본 연구는 지속가능한 화학 생산을 위한 틀을 제시하며, 친환경적이고 상업적으로 실행 가능한 기술 개발에 기여한다.

[이는 해당 논문의 DOI: 10.1021/acssuschemeng.4c05992를 정정합니다].

바이오매스 기반 플라스틱 생산 시스템은 지속가능한 사회를 조성하는 데 핵심적인 역할을 한다. 생분해성 멀치 필름(BDM)은 농업에서의 환경 오염 문제에 대한 실용적인 해결책으로 부상해 왔다. 폴리부틸렌 아디페이트-코-테레프탈레이트, 폴리부틸렌 숙시네이트, 폴리부틸렌 숙시네이트-코-아디페이트를 포함한 다양한 유형의 BDM이 개발되었으나, 그중 다수는 여전히 화석연료 기반 플라스틱에서 유래한다. 또한 농업에서 생분해성 소재의 도입은 제한적이다. 본 종설은 멀치 필름의 진화와 의의를 비판적으로 평가하면서, 환경적 도전에 대응하여 전통적인 폴리에틸렌(PE)에서 BDM으로의 전환을 조명한다. 바이오매스로부터 유래한 BDM을 생산하기 위한 바이오정제(biorefinery) 접근법에 대한 개요를 제공하며, 바이오매스 전처리, 당화(saccharification), 미생물 세포 공장(microbial cell factories)을 이용한 플라스틱 단량체의 생산, 정제, 중합을 논의한다. 아울러 본 종설은 중합 과정에서 멀치 필름의 생분해 능력을 향상시키기 위한 기술을 탐구한다. 또한 BDM의 분해 속도를 제어하기 위한 발전의 필요성을 강조한다. 이들 소재의 폐기와 관련된 환경 문제를 다룸으로써, 본 종설은 보다 지속가능하고 환경 친화적인 농업 환경을 위한 효과적인 전략 개발의 중요성을 부각한다.

부틸 고무 생산을 위한 모노머인 이소부틸렌은 전통적으로 천연가스의 열분해를 통해 얻어진다. 그러나 이 경로는 화학적 또는 생물학적 방식으로 재생자원을 고도화(valuarization)하여 화석자원에 대한 의존도를 줄이는 경로들로 대체되어야 한다. 생물기반 부틸 고무에 관한 광범위한 연구에도 불구하고, 바이오이소부틸렌으로부터 경제적으로 타당한 대규모 생산은 아직 충분히 탐구되지 않았다. 본 연구는 미생물을 이용해 이소부탄올을 생산하고, 이를 이소부틸렌 및 부틸 고무로 전환하는 공정을 개발한다. 대사적으로 공학화된 대장균(Escherichia coli)이 포도당을 발효하여 이소부탄올을 생성하였고, 세포독성 관련 문제를 방지하기 위해 회수 타워에서 물을 이용한 흡착성 증기 포획(absorptive vapor capture) 방식으로 배양 배지로부터 이를 제거하였다. 이후 회수한 물질을 배치 증류(batch distillation)로 농축하고, γ-Al2O3/HCl 상에서 선택적으로 탈수(dehydrated)하여 이소부틸렌을 얻었다. 이소부틸렌과 이소프렌의 저온 양이온성 공중합(low-temperature cationic copolymerization)을 통해 상업적 용도에 적합한 특성을 갖는 부틸 고무를 제조하였다. 계산 모델링을 통해 흡수 타워의 효율이 검증되었으며, 최적의 이소부틸렌 회수를 위해서는 다단 증류 타워가 필요함이 강조되었다. 본 연구는 지속가능한 화학 생산을 위한 틀을 제시하며, 친환경적이고 상업적으로 실행 가능한 기술 개발에 기여한다.

폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)는 일상생활에서 널리 사용되는 음료 포장용 플라스틱 소재이다. PET의 유연성 및 사용의 용이성으로 인해 그 소비량은 지속적으로 증가해 상당한 양의 폐기물이 발생하고 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 여러 물리적 및 화학적 재활용 공정들이 개발되어 왔다. 최근에는 생물학적 업사이클링이 활발히 연구되고 있으며, 기존 재활용 방법과 관련된 경제적 문제를 극복하기 위한 강력한 기술로 인식되고 있다. 업사이클링을 위해 PET는 가스화, 열분해, 화학적/생물학적 분해를 포함하는 다양한 분해 공정을 통해 테레프탈산 및 에틸렌글리콜과 같은 소분자들로 분해되어 생물전환의 기질로 사용되어야 한다. 또한 생물학적 업사이클링 방법은 아디핀산, 뮤콘산, 카테콜, 바닐린, 글리콜산과 같은 부가가치 화학물질을 생합성하는 데 적용되어 왔다. 본 총설에서는 생물전환을 위한 기질 및 부가가치 생화학물질을 생산하기 위한 생물학적 업사이클링 공정을 제공하는 다양한 분해 방법을 소개하고 논의한다. 이러한 기술들은 환경으로 배출되는 폐기물의 양을 줄여 순환경제를 촉진한다.