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		지속가능한 플라스틱⑤ : 비전통적 원료에 기반한 PHA
		[플라스틱사이언스] 기사입력 2023-05-29 15:07:32

기획연재(企劃連載) ⑤

지속가능한 플라스틱 : 비전통적 원료에 기반한 PHA

“그동안 4회에 걸쳐 지속가능한 플라스틱으로서의 PHA에 대해서 연재를 해왔다. 이번호에서는 PHA를 생산하는데 있어서 원료가 차지하는 비중을 줄이기 위한 다양한 시도들에 대해 알아본다.”

글. 박오진 (주)리그넘 연구소장/사업개발 담당

오늘날의 사회적 정치적 상황에서 플라스틱이나 고분자-기반의 소재들을 무심코 버리는 일은 매일 일어나고 있다. 환경에 대해서 민감한 사람이라 할지라도 의도치 않게 물이나 토양을 오염시키게 된다. 고분자로 이루어진 섬유가 세탁기에서 잘게 부수어지기도 하고, 미세플라스틱을 포함한 세안제로 얼굴을 씻을 때도 있기 때문이다. 아직도 우리는 환경을 돌보는데 있어서는 갈 길이 멀다. 우리의 마인드셋(mindset)과 정책의 변화가 있기 전에는 우리의 물과 생태계는 계속 파괴될 것이다. 생분해성 소재들을 가지고 이러한 상황을 변화시켜 보도록 하자.

그동안 4회에 걸쳐 지속가능한 플라스틱으로서의 PHA에 대해서 연재를 해왔다. 이번호에서는 PHA를 생산하는데 있어서 원료가 차지하는 비중을 줄이기 위한 다양한 시도들에 대해 알아본다.

PHA는 생분해성이라는 좋은 성능을 가진 바이오플라스틱이지만 PHA를 제조하는 과정에서 옥수수와 같은 식량을 원료로 사용함으로써 윤리적인 문제와 함께 식품 가격을 상승시킬 수 있다. 기존의 PHA 생산 기술(대사 공학 및 발효와 분리 정제 기술 모두 포함)은 PHA 생산 가격을 석유화학 유래의 소재에 경쟁할 수 있는 정도의 가격 수준까지 낮추기 어려웠다. PHA를 포함하여 미생물을 기반으로 생산하는 화이트바이오 (산업바이오) 제품의 대규모 화학제품 생산을 위해서는 다양한 측면에서 생산비용 절감이 필요하다. 먼저는 원료의 측면이다. PHA 생산에서 원료가 차지하는 비중은 30~50%에 이른다고 알려져 있다. 따라서 현재 전분(옥수수, 카사바와 같은 뿌리 식물에서 얻어짐)을 대체할 수 있는 원료가 절실히 필요하다.

비전통적인 원료를 이용한 PHA 생산시스템의 개발

생분해성 플라스틱 PHA의 생산에서 원료가격이 차지하는 비중은 매우 높다. 따라서 산업적으로 그리고 생활에서 배출되는 유기성 폐기물을 PHA 생산 원료로 사용할 수 있다면 PHA 생산의 경쟁력을 높이고 순환경제의 측면에서 폐기물의 자원화가 가능하기에 바람직한 전체 사이클이라고 생각할 수 있다. PHA가 플라스틱이 가진 모든 문제들을 해결할 수는 없지만 우리 사회에서 담당할 역할을 갖기 위해서는 가격을 더 낮추어야 할 필요가 있다.

1. 이산화탄소를 원료로 PHA 생산: 전기화학과 결합된 발효기술

최근 카이스트(KAIST) 생명화학공학과의 이현주 교수 그룹, 그리고 이상엽 교수 그룹의 공동 연구는 PHA의 생산에서 온실가스인 이산화탄소를 사용할 수 있는 가능성을 보여주었다. 기존의 발효 원료인 포도당이 아닌, 이산화탄소를 원료로 하여 전기화학과 발효기술을 결합하여 먼저 이산화탄소 가스가 확산되어 나오는 전극에 도포된 금속 촉매(Sn)가 이산화탄소를 개미산(formate)으로 전환하고, 개미산을 발효조 내의 미생물 Cupriavidus necator을 통해서 생분해성 폴리에스터인 PHB를 그램 수준으로 생산할 수 있음을 보고했다(Biohybrid CO2 electrolysis for the direct synthesis of polyesters from CO2. PNAS, 120 (14) e2221438120).

기존에는 이산화탄소를 전환하여 탄소가 1~3개인 화학물질을 생산하는 것은 미생물로 가능했으나, 고부가가치의 그리고 여러 개의 탄소로 이루어진 생분해성 고분자인 PHB를 생산할 수 있다는 것을 카이스트의 연구팀이 처음으로 보여주었다. 연구팀은 전기화학반응이 일어나도록 전기분해 장치와 전해액을 최적화하였다. 이러한 전기화학-미생물발효의 바이오하이브리드 시스템을 최적화함으로써 PHB를 고농도와 생산성이 높게 연속 생산할 수 있어서 기존의 보고보다 수백 배 높게 생산할 수 있음을 보여주었다.

개미산을 포함한 전해질 용액을 이산화탄소 전기분해와 발효조를 순환하게 함으로써 PHB가 C. necator 세포 내부에 효과적으로 축적될 수 있도록 하였다. 이를 통해서 PHB 함량이 건조중량의 83%에 이르게 되었고 Sn의 전극에서 4제곱센티미터의 확산전극에서 1.38그램의 PHB를 생산할 수 있었다. 이러한 전기화학-발효의 하이브리드 기술을 통해 이산화탄소의 배출도 줄이면서 환경 친화적인 바이오플라스틱 생산을 위한 전략을 보여주었다. 이러한 시도는 또한 재생 가능 에너지를 통해서 만들어진 전기를 이용하여 지속가능한 탄소 사이클을 가능하게 할 기술로 관심을 모으고 있다.

2. 폐수처리장에서 생산되는 PHA

현재 상업적으로 생산되는 PHA는 산업적으로 볼 때는 무균 상태에서 정확히 정해진 배지의 조건에서 생산되고 있다. 그러나 이러한 운전 조건에서 생산되다 보니 PHA 생산 비용은 비싸지고 합성 플라스틱을 대체하고자 하는 응용은 제한될 수밖에 없다. 합성 플라스틱과 경쟁하기 위해서는 PHA의 생산 비용을 더 낮출 필요가 있다. 바이오디젤의 부산물인 glycerol 혹은 다양한 식물성 오일, 그리고 값싼 지방산이 그 대안으로 떠오르고 있다. 특별히 휘발성 지방산(acetate, propionate, butyrate, lactate류의 volatile fatty acid, VFA)은 폐수 처리장에서 생산되는데 이를 PHA 생산의 원료로 사용할 수 있다. 폐수 처리장의 활성 오니(activated sludge)는 이제 혐기성 소화 기술의 산물인 바이오 연료 메탄 생산을 위한 원료가 될 뿐 아니라 고부가가치의 소재인 PHA의 생산을 위한 순환경제의 중요한 부분이 될 수 있을 것으로 보인다. 폐수처리장의 혼합 미생물을 사용하여 폐수처리와 함께 유기 물질의 고부가가치화를 위한 기술이 될 것이다. 그야말로 폐기물이 자원이 되는 시대가 된 것이다.

이러한 시도를 상업적으로 시도한 그룹은 유럽(네덜란드와 스웨덴을 중심으로)에 있다. 2011년부터 산업과 도시 유기 폐기물을 이용하여 파일럿을 운전했다. 이보다 앞서 PHA 생산을 위한 PHARIO라는 실증 프로젝트가 진행되었는데 이 프로젝트에서 축적된 경험을 기초로 파일럿을 운전한 것이다.

PHARIO 프로젝트에서는 네덜란드의 대규모 도시 폐수처리장에서 발생하는 잉여의 활성 오니 바이오매스를 이용하여 PHA를 생산했다. 잉여 활성 오니에서 VFA가 풍부한 액체를 발효하여 PHA를 생산하는데 0.41gPHA/gVSS의 정도로 재현성 있게 열적 특성과 안정성을 가진 PHA가 생산된다. 10개월 동안 킬로그램 단위의 PHA가 생산되었고 상업적 가능성에 대해 평가했다. 4계절에 걸쳐 생성되는 잉여 활성 오니를 지속적인 원료 물질로 사용하여 상업적 품질을 가진 PHA를 생산할 수 있음을 보여주었다.

폴리머의 종류와 성질은 공중합체 함량에 따라 달라졌다. 공중합체의 함량은 발효하는 원료의 조성에 따라서 달라진다. 이렇게 검증된 유기 폐기물로부터의 PHA 생산의 상업화에 있어서 스웨덴의 Promiko사와 네덜란드의 Wetsus 기관(European centre of excellence for sustainable water technology)이 그 중심에 있다.

핵심 역할을 담당했던 Alan Werker와 Simon Bengtsson은 환경 분야에서 혁신적이며 스마트한 기술을 개발하는 전문가들로서 폐기물과 폐수를 재생 가능한 원료로 전환하는 노하우를 알고 있다.

이 두 연구자는 환경에 대한 열정과 헌신으로부터 이 연구를 시작했다. 그 가능성을 생물에 기반한 기술을 가지고 만들어진 산물인 생분해성고분자 PHA에서 발견한 것이다. 지속가능한 순환경제의 사회에서 새로운 기술들이 필요하기에 이 기술은 유망한 기술로 주목받고 있다. 이러한 어떤 산업의 폐기물을 다른 산업에서 자원으로 이용하는 과정은 독립적인 공정들이 연속적으로 통합되면서 한 공정의 부산물이 새로운 생산 공정에서의 원료가 되는 것이라고 할 수 있는 아이디어이다.

Alan은 제지 산업의 폐수에서 정제공정과 독성을 제거하는 것에 관해서 연구하여 박사학위를 받았다. 활성 오니에서는 흥미 있는 세균들이 포함되어 있는데 이들은 적절한 배지를 공급하면 오염물질을 유용한 매력적인 고분자 물질로 전환하게 된다. 이 두 과학자들은 도시에서 배출되는 활성 오니, 그리고 펄프와 제지 공장에서 배출되는 폐기물(side streams)로부터 PHA를 생산하는 방법에 대하여 오랜 경험을 가지고 있었다(MultiBio 프로젝트). 기초 연구에서부터 응용 연구에 이르기까지 오랜 시간 경험을 통해서 이 기술이 작동한다는 것을 보게 된 것이다. 이들은 PHA가 가진 독특한 특성과 생분해성에 주의하면서 단순히 현대의 플라스틱을 대체하기 위한 것 뿐 아니라 PHA가 가진 독특한 가치에 주목하면서 환경 문제를 해결할 수 있다는 생각으로 이 기술을 사업화하고자 했다.

PHA는 코팅이나 복합재료와 같은 다양한 응용에 사용될 수 있기에 제지 산업에서도 사용될 수 있을 것이라고 전망하고 있다. 이미 FFLAM(Fossil-Free LAMinate) 프로젝트에서 비석유계 바이오기반 소재를 이용한 포장 재료의 가능성을 보여주었다. 이들은 4년 전에 Promiko AB라는 회사를 스웨덴의 남쪽 Lomma에서 창업했고 스웨덴을 넘어서 외국 기관들과 협력하고 있으며, 물의 수질과 물의 배수에 관련하여 생물학적 공정을 실현하는 것과 문제 점검, 최적화, 혁신적인 기술을 개발하고 있다.

도시의 폐수 처리 시설은 복잡한 미생물 군집으로 이루어져 있으며 효율적으로 탄소, 질소, 인, 그리고 폐수로부터 생기는 오염을 제거하게 된다. 폐수 내의 유기물과 질소, 인을 처리하기 위한 다양한 형태의 공정이 개발되었는데 이러한 공정들을 어떻게 배치하는가는 미생물의 군집에 영향을 주게 되며 이러한 미생물 군집은 또한 공정의 성능에 영향을 미치게 된다. 또한 이렇게 운전 조건이 달라지면서 변하는 동적인 환경은 미생물 군집에 영향을 주게 된다. 따라서 특정한 종류의 미생물이 많아지도록 조절할 수 있기 때문에 미생물 가운데 세포 내의 탄소원과 에너지원으로 저장할 수 있는 미생물이 많아지도록 조절할 수 있을 것이다.

PHA는 보통 탄소원이 풍부하면서 다른 영양 성분이 결핍될 때 생성되기 때문에 세포는 성장하지 않고 PHA를 축적하게 된다. 활성 오니를 가지고 생산하는 PHA와 PHA를 생성하는 균이 많아진 상태에서 생산되는 PHA 생산성은 차이가 난다(0.4~0.6 vs 0.4~0.9 gPHA/gVSS). 그러나 상업적으로 PHA 생산의 성공을 결정하는 생산성 수준이 0.4이기 때문에 모두 이보다는 높다고 할 수 있고 계속되는 연구를 통해 향상시킬 수 있을 것이다.

과거에는 사회가 폐기물을 처리함으로써 환경과 일반 대중의 건강에 대한 효과를 감소시키기 위한 노력에 집중했다면, 이제 사회는 점점 폐기물의 영향을 줄이는 것이 아니라 폐기물을 계속 전환하고 재사용함으로써 자원화하는 방향도 찾고 있는 중이다. 사회가 스마트하게 폐기물을 전환하는 기술을 개발하는 것이야말로 사회에 효용성을 가지면서 더 효율적인 폐기물 관리 전략이라고 할 수 있을 것이다. 기술을 개발함과 동시에 실제 행동에서의 변화를 가져오도록 하는 것이야말로 지속가능한 생활에 있어서 의미가 있는 것이라고 이들은 말한다.

Promiko사는 좀 더 영향력을 넓혀가고 협력의 기회를 만들고자 Paper Province라는 네트웍에 참여하면서 전 세계 생물경제에서의 비즈니스 기회를 찾아가고 있다. Promiko사는 호주, 포르투갈, 이탈리아 회사들의 연구그룹들과 협력하고 있다. 2020년도에는 유럽의 Horizon 2020 Scalibur라는 프로젝트에 참여하면서 네덜란드의 도시 유기폐기물로부터 생분해성 고분자와 재생 자원을 생산하는 프로젝트에도 참여했다.

여기서 주의할 점이 있다면 PHA가 폐수의 유기자원으로부터 만들어지지만, PHA가 사용된 후에는 다시 바이오가스와 같은 에너지로 전환될 수 있다는 것이다(국내에서도 ‘탄소중립 도시형 생분해 플라스틱 자원화 플랜트 실증’ 연구기획 보고서가 작성되었고 실증 사업이 시작되었다, 플라스틱 사이언스 2023년 1월호 참조).

3. Genecis사의 PHA: 음식 폐기물 자원화 기술

식품 폐기물과 같은 유기성 폐자원을 이용하여 상업화를 향해 경주하는 회사가 있으니 캐나다의 Genecis Bioindustries이다. Genecis사는 빠르게 성장하는 생물공학 회사로서 유기성 폐기물을 퇴비화가 가능한 플라스틱인 PHA로 전환한다. Genecis사의 성장 모델은 바이오가스 시설에 자사의 기술을 접목하는 것이다. 실리콘 밸리의 Y Combinator 인큐베이터 프로그램을 거치면서 수백만 불의 정부 지원금을 받았다. 2020년에는 2020년 Extreme Tech Challenge와 Novo Nordisk의 혁신상을 수상했다. 그리고 2023년에는 아마존의 Female Founder Initiative와 Amazon Climate Pledge Fund의 지원을 받았다. 캐나다에 본사를 두고 유럽으로 무대를 확장하고 있다.

최근 Genecis사는 네덜란드의 Helian Polymers사와 함께 협력 관계를 체결했다. Genecis사의 강점은 음식 폐기물을 PHA로 전환하는 기술이며, Helian사는 다양한 PHA 생산업체들로부터 얻은 PHA를 최종 제품으로 가공하는 강점을 가지고 있다. 이를 통해서 독특한 소재를 얻을 수 있을 것이다. 이러한 협력을 통해서 3D프린팅 필라멘트나 바이오메디칼 응용과 같은 PHA의 고부가가치의 응용을 찾고자 한다. PHA는 생물기반의 소재이며 생분해 소재라는 특징 이외에 기존의 석유화학 기반의 플라스틱이 가진 성질을 구현해 낼 수 있음으로써 최종 사용 후에 폐기 단계에서 장점을 가진 대체 솔루션을 제공할 수 있다는 것이다.

Helian Polymers사는 2007년부터 바이오플라스틱 분야에서 활발히 활동하고 있고, 색을 구현하는 농축된 화학제품과 첨가제를 전 세계적으로 유통한다. 2021년도 중반 15년의 바이오플라스틱 경험을 살려서 자체 브랜드인 「PHAradox」 를 런칭했다. 점점 더 규제의 압력과 석유 기반의 플라스틱에 대한 사회의 문제 인식으로 인해서 Helian사는 바이오 기반 그리고 생분해성을 갖는 소재를 공급하는 노력을 기울이며 맞춤형 응용을 고객과 함께 개발해 나가고 있다. PHAradox 브랜드 아래 PHA에 기반한 재료들을 공급하여 지속가능한 대체 재료를 제공하는 것이 목표이다.

Helian사는 유럽에서 3D프린팅 분야에서 선두주자인 colorFabb의 자매회사이다. colorFabb은 또한 PHA 그리고 PLA/PHA 혼합 필라멘트도 개발했다. 3D프린팅에 대한 지식과, 전략적 제휴관계 그리고 colorFabb가 구축한 높은 서비스를 통해서 3D프린팅 필라멘트 분야에서 혁신적인 재료에 기초한 솔루션을 제공할 수 있게 될 것으로 기대된다. 바이오기반 그리고 생분해성 재료에 대한 수요가 꾸준히 증가하고 있는 시점에 두 회사 간의 시너지를 통하여 컴파운드 제조자, 브랜드 오너, 그리고 소비자들도 모두 혜택을 누리게 될 것으로 보인다.

4. Mango Materials: 메탄을 원료로 PHA 생산

별로 달갑지 않은 냄새를 가진 메탄가스를 원료로 해서 생분해성 고분자 PHB를 제조하는 또 다른 회사가 있다. PHA를 가지고 사업을 하는 회사로서 독특한 이름을 가진 Mango Materials사다. 이 회사의 창업자인 Morse는 초등학교 시절에 수족관에 갔다가 플라스틱 쓰레기가 바다에 떠다니는 것을 보게 되었다. 여기에 충격을 받은 Morse는 이러한 상황을 바꾸고자 하는 생각을 가지고 스탠포드 대학에 진학하여 환경공학을 전공하고 박사학위를 취득하게 된다.

2006년도 한 학회에서 Morse는 또 다른 젊은 엔지니어 Anne Schauer-Gimenez를 만난다. 둘은 새벽 4시까지 연구와 어떤 공정(process)이 어떻게 작동하는지에 대해 애기를 하게 된다. 이 공정이란 바로 세균(bacteria)을 통해서 바이오폴리머를 제조하는 것이었다. 어떤 세균들은 메탄가스를 먹고 세포 내에 바이오플라스틱을 만들게 된다. 우리가 아이스크림이나 초콜릿을 너무 많이 먹게 되면 우리 몸 안에 지방이 쌓이는 것과 같이 세균을 잘 먹이면 우리가 원하는 물질을 축적할 수 있도록 조절할 수 있다. 이러한 공정을 통해 미생물들이 우리 인간을 돕도록 하는 방법을 찾아낼 수 있다고 생각한 것이다.

Mango Materials사는 캘리포니아주의 Redwood City의 폐수처리장 옆에 공장을 세웠다. 2012년 미국의 과학연구재단(NSF)으로부터 첫 지원을 받았다. 이 폐수처리장에서는 메탄가스가 나오는데 이것이 바로 세균의 먹이가 된다. 보통 메탄가스는 태우거나 공기 중으로 방출하게 되는데 메탄가스는 온실가스 가운데서도 이산화탄소보다도 더 효과가 크다. 이에 Mango Materials사는 메탄을 세균에게 먹이기로 한 것이다. 메탄과 함께 산소, 그리고 Mango Materials사가 찾은 비밀스러운 첨가제를 먹게 되면 세균은 뚱뚱해지면서 우리가 원하는 물질인 PHA을 축적하게 된다. Mango Materials사는 제품에 관심이 있는 고객들에게 공급하면서 응용을 개척해나가고 있다.

한편 Mango Materials사가 생산하는 물질이 포장분야에도 쓰일 수 있지만 집중하고 있는 분야는 섬유분야이다. 그들이 생산하는 물질 또한 폴리에스터와 유사한 물질이며 이것이 섬유의 플라스틱을 대체하는 바이오폴리머로서 옷감을 만들 수 있기를 바란다.

Mango Materials사는 일찌감치 ‘제품을 사용 후’(end-of-life) 혹은 ‘다음 사용을 위한 디자인’을 고민했다. Morse는 폐수처리장이나 바다를 생각하면서 산소가 없는 조건, 해양 조건에서 분해되는 플라스틱을 생각하면서 시간을 보냈다. 완전히 생분해가 되는 재료로 자연에 어떤 독성 물질도 남기지 않는 것을 생각하게 되었다. 바로 PHA와 같은 물질인데 이를 생산하는데 역시 온실 가스인 메탄가스를 원료로 사용하는 것이다. 일석이조라고 할 수 있을 것이다. Morse의 표현법을 빌리자면 망고를 사고 씨앗을 선물로 받는 것이다(gift with purchase). 여기서 회사의 이름이 유래했다.

포도당 대신 온실가스를 원료로 미생물(methanotroph)이 유용한 물질을 생산하도록 하는 것은 쉬운 일이 아니다. 가스는 물에 잘 녹지 않으며 미생물이 이를 섭취해야 하는데 Mango Materials사가 사용하는 미생물은 메탄과 산소를 같이 이용해야 한다. 메탄과 산소는 잘못 다루면 폭발하는 혼합기체인 것이다. 따라서 생물반응기(발효조)도 새롭게 설계해야 한다.

왜 쉬운 포도당을 쓰지 않고 메탄가스를 사용하느라 고생하는가? 메탄가스는 저렴하며 전통적인 원료들에 비해서 전 처리가 필요 없이 조금 지저분해도 된다. 또한 메탄가스는 풍부하다. Mango Materials사는 현재 Redwood City의 폐수처리장 시설인 Silicon Valley Clean Water사와 함께 협력하고 있으나 스케일 업을 하게 되면 매립시설이나 버려진 석탄 광산에서 생산되는 메탄을 이용할 수도 있다. 이들은 생산되는 메탄을 어떻게 해야 할지 모르기 때문이다. 메탄가스는 이산화탄소보다 온실효과가 30배 크다고 알려져 있기 때문에 Magno Materials사의 기술이 상업화되면 기후변화 방지에도 공헌하게 될 것이다.

5. 합성생물학을 이용한 중국의 PHA 활동

최근에는 미생물의 대사공학(합성 생물학, synthetic biology)을 이용하여 다양한 물성(tunable)을 가진 PHA 생산이 가능하게 되었다. 특별히 중국 청화대학의 NGIB(Next Generation Industrial Biotechnology)로 대별되는 Halomonas 균주 기반의 기술은 균주가 워낙 염(salt) 농도가 높은 상태에서도 잘 자라기 때문에 다른 균들의 오염문제를 피할 수 있어서 배지를 멸균할 필요가 없고 에너지 비용을 줄임으로써 PHA의 생산 비용을 줄일 수 있는 기술이다.

또 다른 중국 회사인 Bluepha의 PHA생산 기술은 현재 상업생산 시설에서는 포도당과 식물성 오일을 사용하지만 현재 파일럿 단계를 마친 기술에서는 이산화탄소와 식물성 오일을 사용하여 PHA를 생산함으로써 온실 가스를 원료로 사용하게 될 것이다. 이러한 두 생산 기술은 앞으로 PHA 뿐만 아니라 다양한 미생물 기반의 생산 플랫폼으로 가능성을 보여줄 것이다.

5-1 Bluepha사의 PHBH

2016년도에 창업한 Bluepha는 북경에 본사를 두고 상해와 선전에 사무실을 갖고 있다. Bluepha는 중국에서 바이오기반의 소재 회사로서 중국에서 가장 혁신적인 회사 가운데 하나라고 할 수 있다. 2023년 3월 1일에 온라인으로 중계된 론칭 행사에서 연산 5,000톤 규모의 공장을 완공하고 생산을 시작한다고 발표했다. Go! PHA의 발기인인 Jan Ravenstijn이 축하인사를 했다. 한편 회사는 론칭 행사에서 Bluepha™ (蓝晶™)로 알려진 PHA BP330과 BP350 두 그레이드를 발표했다.

BP350은 유연한 그레이드로서 hexanoate 함량이 높고, BP330은 단단한 그레이드로 hexanoate 함량이 낮다. Bluepha사는 고객을 위해서 가루와 펠릿 두 가지 형태로 공급하고 있다. 이 두 그레이드를 혼합하여 용도에 맞게 사용할 수 있다.

벨기에의 인증기관인 OWS의 결과에 따르면 Bluepha™ 두 그레이드로 만든 필름 샘플은 가정 퇴비화 조건에서 10주에 완전히 분해되었다. 해양환경에서는 90% 분해까지 16주가 걸렸는데 이는 셀룰로오스와 매우 유사한 결과이다. Bluepha™는 생분해이면서 동시에 바이오기반으로 식물성 오일에서 만들어지며 TÜV Austria 기관에 의해 100% 바이오기반 인증을 받았다.

Bluepha사는 2022년 첫 번째 대규모 설비인 BioFAB1을 산동성의 Yancheng에 완공했는데 연간 5,000톤 규모이다. BioFAB2의 건설도 논의 중인데 연산 25,000톤 규모가 될 것이다.

또한 가공성을 향상시키기 위해서 다양한 그레이드의 Bluepha™를 테스트하고 있다. 이를 통해 온도, shear rate를 조절하고 가공성을 50% 향상시킬 수 있도록 고객들에게 안내할 수 있게 되었다.

Bluepha사의 PHA는 메모리 효과를 가지고 있어서 온도와 결정화 속도 사이에 균형을 맞출 수 있도록 한다. 결정화 속도를 100배 빨리 하여 30% 강성을 부여하고 50% 더 투명하게 했다. 고객이 중요시하는 기계적 성질은 결정 상태인데 서로 다른 온도에서의 결정 상태를 보여주었다. 큰 결정은 강도(strength)를 높여주고 작은 결정들은 인성(toughness)을 높여준다. 이러한 성질 때문에 결정의 크기와 분포는 조절할 수 있어서 각각 강도와 인성을 20% 향상시켰다.

Bluepha사는 앞으로 공정의 원료로서 이산화탄소와 식물성 오일을 사용한다고 밝혔다 (Biohybrid 공정). 현재 파일럿 테스트를 마치고 24개월 안에 이러한 원료로 생산된 레진을 공급하게 될 것이며 온실 가스로부터 오는 탄소 함량을 2027년까지 20%로 그 비율을 늘릴 것이라고 밝혔다.

최근 Bluepha사는 중국 특허청으로부터 Halomonas 균주를 이용하여 P(3HB-co-4HB, P34HB)를 생산하는 특허인 ZL201810074387.3을 취득했다(관련 특허로는 ZL201710486320.6, ZL201710832790.3이 있다). 특히 이 세 가지 특허를 통해서 Halomonas 균주를 통해 P34HB를 생산할 수 있는 기술을 확보했다. 또한 Bluepha는 PHBH 생산을 위한 4개의 특허를 가지고 있으며, 2022년 2월 중국회사로는 처음으로 유럽에서 식품 접촉을 위한 규정인(EU) 2019/1338((EU) No 10/2011 규정의 수정판)을 통과했다.

한편 Bluepha사는 2022년 12월에 Helian Polymers사와 전략적 협력 관계를 체결했다. 협력관계를 통해 Helian Polymers사는 PHA에 기반한 넓은 범위의 소재 개발이 가능하게 되었다. Helian사는 Bluepha사의 PHBH 고분자를 수입하여 PHA 기반의 컴파운드를 생산하고자 한다. Helian Polymers사는 여러 PHA 계열의 바이오플라스틱의 다양한 PHA그레이드(P3HB, PHBV, P3HB4HB)를 기반으로 Bluepha사의 PHBH 소재를 추가하여 다양한 응용에서 고객이 원하는 소재를 공급할 수 있게 되었다. Helian사는 바이오기반 소재를 통해 전통적인 플라스틱 수지인 PP와 ABS의 성능을 나타낼 수 있도록 하여, 가공업자들과 고객이 더 쉽게 소통할 수 있도록 하고 있다.

5-2 PhaBuilder

중국에서 PHA에 대한 연구를 가장 오랫동안 해 온 그룹은 북경 청화대학의 Guo-Qiang Chen 교수 그룹이다. 중국 청화대학에서 이루어진 PHA연구들은 나중에 PhaBuilder사라는 회사의 창업으로 이어졌다. PhaBuilder사의 기술 근간을 이루는 Halomonas 균주는 2009년 중국 신강지역의 Aiding 호수에서 분리했다. 이 균주는 PHA 뿐만 아니라 다양한 biobased chemical을 생산할 수 있는 플랫폼 미생물이다. PhaBuilder사는 NGIB기술을 이용하여 200,000리터 규모의 생물 반응기에서 생산을 실증하였다. PhaBuilder사의 기술에 대한 소개는 Bioplastics Magazine 기사(2022년 vol 17, p32~33)를 참고하길 바란다.