일본산업뉴스요약

Nikkei X-TECH_2021.6.28

카본 뉴트럴에 도전
연두벌레를 사용해 바이오 플라스틱 개발
‘일본 연합’으로 원료 비용 100엔대/kg로

탄소중립(Carbon Neutral)을 위해 해조류의 일종인 연두벌레(학명: 유글레나)를 사용한 ‘연두벌레 수지’에 대한 연구 개발이 가속화되기 시작하고 있다. 올 3월, 바이오 벤처기업 유글레나(Euglena)는 세이코엡손(Seiko Epson)과 NEC 등 10개 이상의 기업들과 협의체 ‘파라레진 재팬 컨소시엄(Pararesin Japan Consortium)’을 설립. 배양액과 원료, 중간재의 규격화를 목표로 하고 있으며, 2030년에 연간 20톤 규모를 공급할 계획이다.

-- 연두벌레 유래의 다당류 --
유글레나 등이 개발하고 있는 연두벌레 수지 ‘파라레진(Pararesin)’은 연두벌레를 다음과 같이 활용한다. 우선, 연두벌레에서 특유 성분인 파라밀론(Paramylon)을 추출한다. 파라밀론은 β-1,3-글루칸(Glucans)으로 이루어진 다당류이다. 이후 추출한 파라밀론을 유도체화해 파라레진으로 바꾼다.

이렇게 만들어진 파라레진의 강도 및 내열성과 같은 물성은 ABS수지(Acrylonitrile Butadiene Styrene Resin)에 가깝다고 한다. 금형 내부에서 열용해 시의 유동성도 높아, 작고 복잡한 형태의 부품으로도 성형이 용이하다. 정제 정도에 따라 투명에 가까운 색감도 낼 수 있으며 일반 수지처럼 색을 바꿀 수도 있다. “폴리프로필렌(PP)이나 폴리에틸렌(PE)의 물성에 가깝지만 성형도 기대할 수 있다”(유글레나 관계자)라고 한다.

연두벌레는 광합성을 하는 이른바 바이오매스이기 때문에 파라레진은 바이오매스 플라스틱이다. 석유계 플라스틱 1톤을 파라레진 1톤으로 대체하면 약 1.86톤의 이산화탄소 감축 효과를 얻을 수 있다고 한다. 향후 연구가 진행되면 유도체화 시의 조정에 따라 미생물이 분해 가능한 생분해성도 가질 수 있게 된다고 한다.

-- '일본연합'으로 실용화 가속화 --
이번에 협의체를 설립한 기업들은 협업을 통해 대량 생산의 조기 실현을 노리고 있다. 고분자 화학 전문인 도쿄대학 대학원 농학생명과학연구과의 이와타(岩田) 교수와 공동으로 파라레진의 기술개발과 보급 추진을 목표로 하고 있다. 지금까지 연두벌레 수지에 대한 연구개발은 대부분 각 기업들이 독자적으로 추진해왔기 때문에 원료 생산 하나만 보아도 방법이나 재료의 성질이 달랐다.

협의체는 배양액, 파라밀론, 파라레진의 성질을 규격화해 일정 범위 내로 조정할 계획이다. 이를 통해 원료 및 재료의 유통성이 높아지고 양산 효과로 가격을 낮출 수 있다. 2030년까지 규격화를 실현해 대량생산 체제를 갖춘다는 목표를 내걸고 있다.

규격화를 위해 협의체는 파라레진의 생산 공정을 크게 3개 영역으로 나누어 대응한다. 첫 번째는 연두벌레를 키우는 배양액 영역. 이 영역에서는 세이코엡슨이 중심이 되어 연구개발을 추진할 예정이다. 세이코엡슨은 종이의 재활용 기술을 보유하고 있어, 종이에서 추출한 당분을 연두벌레의 먹이로 이용한다.

다음은 유글레나가 담당하는 파라밀론의 규격화이다. 앞에서 말한 배양액을 이용해 연두벌레를 키우고 파라밀론을 추출하기까지가 유글레나 역할이다. 원심분리기를 사용해 연두벌레를 응축하고 스프레이 드라이어로 건조시켜 파라밀론을 추출한다.

마지막으로, 연두벌레에서 추출한 파라밀론이 파라레진, 즉 바이오플라스틱으로 취급될 수 있도록 한다. 이전에도 다당류를 이용한 바이오플라스틱 제조와 재활용에 관한 핵심 기술을 개발해온 NEC가 중심이 되어 규격화와 활용 검토를 추진한다. NEC는 도쿄대학 대학원의 이와타 교수와 공동으로 유도체화 기술개발을 지속해왔으며, 반응 시의 온도와 압력 등으로 인해 파라레진의 물성이 변화하는 것을 이미 확인했다.

-- 원료 비용 100엔 대에 도전한다 --
파라레진의 보급 확대를 위해서는 비용 절감이 관건이다. 파라밀론 환산으로 “1kg당 100엔 대를 노리고 있다”(유글레나 집행임원 연구개발 담당의 스즈키(鈴木) 씨).

코스트 절감을 위해서는 우선, 연두벌레로부터 채취하는 파라밀론의 양을 늘리는 즉, 수율 향상을 목표로 하고 있다. 스즈키 씨는 “실증 플랜트에서는 수율 70% 이상을 목표로 하고 있다”라고 말한다. 수율을 향상시키기 위해 배양액의 전처리 공정 개선, 연두벌레의 품종 선정 및 개량, 그리고 배양 장치의 형태 변경 등을 추진해나갈 계획이다.

현재 일본의 바이오플라스틱 연간 출하량은 약 5만톤이다. 이것은 플라스틱 전체 연간 사용량인 1,000만톤의 0.5%에 불과해 정부가 내걸고 있는 2030년 연간 사용량 200만톤과는 여전히 괴리가 크다. 향후 시장 확대를 염두에 두고 유글레나 등은 협의체를 통해 ‘연두벌레 수지’의 연대 구축을 추진해나갈 방침이다.

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