최신동향

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유기성 폐기물 기반 차세대 바이오플라스틱 생산 기술 동향
번호 222 View 12 등록일 2026-05-15 주제별 분류 기술
호주 디킨대학교 연구팀은 유기성 폐기물을 원료로 미생물 기반 PHA(polyhydroxyalkanoates) 바이오플라스틱을 생산하는 통합 바이오제조 전략을 제시함. 특히 폐기물 자원화, 미생물 발효, 친환경 회수공정, AI 기반 공정 최적화를 연계하여 순환경제형 바이오소재 생산 체계를 구축할 수 있는 기술적 방향성을 제안함.

 - (필요성) 유기성 폐기물은 온실가스 배출, 토양 및 수질 오염, 자원 고갈 등 환경 문제를 유발하고 있어 고부가가치 자원화 기술 개발이 시급함. 또한 기존 석유계 플라스틱을 대체할 생분해성・바이오 기반 소재 수요가 증가함에 따라, 폐기물을 원료로 한 PHA 생산은 환경성과 산업성을 동시에 확보할 수 있는 대안으로 주목됨.

 - (주요내용)
① 폐기물 원료 활용 PHA 생산 기술
농업 및 식품 가공 부산물, 폐식용유, 폐수 슬러지, 미세조류 등 다양한 유기성 폐기물은 PHA 생산을 위한 탄소원으로 활용될 수 있음. 또한 원료의 종류에 따라 요구되는 전처리 공정과 PHA 생산 수율은 상이하게 나타남. 특히 감자 및 쌀 가공 잔류물은 상대적으로 높은 PHA 축적량을 보임. 폐식용유는 순수 오일에 비해 미생물 이용성이 높아 고순도 PHA 생산에 유리한 것으로 보고됨. 리그노셀룰로오스계 바이오매스는 풍부하고 지속가능하나 발효 가능한 당을 유리시키기 위한 전처리 공정이 필수적임.

② 친환경 PHA 추출 기술
기존 클로로폼(chloroform) 기반 용매 추출은 PHA 순도와 회수율이 높지만, 유해 용매를 사용하고 에너지 집약도가 높아 지속가능성이 낮다는 한계가 있음. 이를 대체하는 알칼리(NaOH) 기반 추출법은 최대 94.7%의 PHA 회수율을 달성할 수 있음. 또한 비할로겐계 시약을 사용함으로써 환경 부담을 줄일 수 있으며, 산업 규모 공정으로의 확대 적용 가능성도 높음. 고압 균질화(HPH, high-pressure homogenization)와 같은 기계적 세포 파쇄법도 무용매 기반 PHA 추출 대안으로 주목받고 있음. 더 나아가 바이오파지 및 포식성 세균을 활용한 생물학적 추출법은 폴리머의 분자량을 효과적으로 보존할 수 있는 차세대 기술로 연구되고 있음.
 
③ AI·디지털 기술 기반 공정 최적화
인공신경망(ANN, artificial neural networks), 유전 알고리즘(GA, genetic algorithm), 머신러닝(machine learning) 등 AI 기반 도구는 PHA 발효 공정 최적화, 폴리머 물성 예측, 설비 수준의 기술경제성 최적화에 활용되고 있음. 특히 GA로 최적화된 ANN 모델은 기존 다항식 모델(R²=0.301)에 비해 현저히 높은 예측 정확도(R²=0.935)를 나타낸 것으로 보고됨. 또 다른 연구에서는 수박껍질 (watermelon rind)과 콩류 껍질(pulse peel)의 최적 첨가 농도를 도출함으로써 PHA 수율을 78.6%로 크게 향상시킴. 그러나 실험실 규모 데이터에 기반한 모델은 과적합(overfitting)*의 가능성이 있으며, 산업 규모 공정으로 확대 적용을 위해서는 예측 성능과 공정 적용성에 대한 재검증이 요구됨.
* 과적합(overfitting) : 기계 학습(machine learning)에서 학습 데이터를 과하게 학습하는 것을 뜻함. 일반적으로 학습 데이터는 실제 데이터의 부분 집합이므로 학습 데이터에 대해서는 오차가 감소하지만 실제 데이터에 대해서는 오차가 증가하게 됨.
<차세대 PHA 바이오플라스틱 개발을 위한 산업 발전과 AI 기반 워크플로의 통합>
 

- (기대효과) 유기성 폐기물을 자원화하여 석유계 플라스틱 의존도를 낮추고 탄소 배출을 저감하고 순환 바이오경제 구현에 기여할 수 있을 것으로 기대됨. AI 기반 지능형 바이오제조 기술의 고도화는 PHA 생산 비용 절감 및 상업화 경쟁력 확보를 가속화할 것으로  전망됨.
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