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자연으로 돌아가는 ‘생분해성 플라스틱’ [우리가 몰랐던 과학 이야기] (135)

출처=사이언스이그재미너(sciexaminer.com)

 

플라스틱 소재는 다양한 데다 우수한 내구성 및 저렴한 가격으로 현대인의 풍요로운 일상생활과 산업 발달에 크게 공헌하고 있습니다. 하지만 이러한 편리성을 강점으로 현대사회에서 사용량이 기하급수적으로 늘어남에 따라 사용 후 발생하는 대량의 폐플라스틱은 심각한 환경 오염의 원인으로 대두하고 있습니다. 

 

이에 따라 전 세계적으로 1회용 플라스틱의 이용 규제 및 대체 소재에 대한 관심이 높아지고 있는데요. 이러한 친환경 소재에 대한 시장 수요에 부합하면서도 편리하게 쓸 수 있는 생분해성 플라스틱에 대한 연구가 활발하게 이뤄지고 있습니다. 오늘은 자연으로 돌아가는 생분해성 플라스틱에 대해 알아보도록 하겠습니다.

 

◆생분해성 플라스틱이란? 

출처=cambridgeconsultants.com

 

일정한 조건 하에 박테리아, 조류, 곰팡이와 같은 미생물에 의해 생분해되는 플라스틱을 의미하는데요. 여기서 생분해란 완전히 분해돼 자연적인 부산물인 이산화탄소, 메탄, 물, 바이오매스 등만을 발생시키는 것이어야만 한다고 국제적으로 정의하고 있습니다. 

 

활용 중에는 기계적 물성과 내구성, 가공성 등을 유지하는 동시에 그 후에는 생분해됨에 따라 기존 플라스틱의 이점과 환경오염 문제를 해결할 수 있는 장점이 있습니다.

 

◆생분해 플라스틱 종류

출처=cambridgeconsultants.com

 

생분해성 플라스틱은 바이오매스와 석유 계열 2가지로 나눌 수 있는데요. 

 

먼저 바이오매스 계열의 생분해성 플라스틱으로는 옥수수(사진)와 같은 식물에서 얻은 전분을 유산 발효시킨 것을 중합해 합성한 폴리유산(PLA·Polylactic acid)이 있습니다. 석유 계열 생분해성 플라스틱에는 지방족 폴리에스테르 폴리부틸렌 숙시네이트(PBS)나 폴리부틸렌 아디페이트테레프탈레이트(PBAT) 등이 있습니다. 모두 석유에서 유래한 플라스틱입니다. 하지만 상대적으로 높은 가격과 6개월 이내 등 사용 기한에 제한 등의 문제로 기존 플라스틱을 완전히 대체하기에는 한계가 있습니다. 

 

그 외에 기존 플라스틱에 바이오매스와 산화생분해제, 상용화제, 생분해 촉진제를 첨가한 산화생분해성(oxo-biodegradable) 제품도 있습니다. 미생물과 효소 등의 복합적 작용에 분해가 촉진되어 완전 분해기간을 1~5년으로 단축한 신개념 플라스틱입니다.

 

◆복합재료 형태의 바이오플라스틱 

출처=agro-chemistry.com

 

생분해성 플라스틱은 기존 제품에 비해 강도, 신장률 등 물리적 특성과 가공이 취약합니다. 또 유통기간 중 생분해 발생 방지를 위해 최종 기간을 연장할 필요도 있습니다. 아울러 기존 제품에 대한 대체성 및 응용분야 확대에 제한이 따릅니다. 나아가 기존 플라스틱 대비 비싼 가격과 같은 한계 탓에 내열성과 가공성, 내충격성을 보완한 복합 형태의 바이오 플라스틱이 개발 및 출시되고 있는데요.

 

기존 소재와 바이오매스나 생분해성 플라스틱을 결합해 물성을 개선한 제품인데요. 볏짚과 밀짚, 옥수수 껍질 등 식물체와 전분 등을 기존 소재, 생분해성 플라스틱과 혼합해 제조하는 탄소 저감형 바이오플라스틱 등이 있습니다. 

 

◆한화솔루션의 생분해성 플라스틱

 

복합 형태의 바이오 플라스틱과 달리 폴리에틸렌은 난분해성을 띠고 있습니다. 분자량이 크고 결정성이 있는 비극성 고분자로, 미생물에 의한 생분해가 어렵습니다. 한화솔루션은 독자기술을 통해 미생물이 존재하는 퇴비화 매립 조건에서 폴리에틸렌 복합소재 필름의 생분해가 진행되는 현상을 확인했는데요. 폴리에틸렌의 분자량 감소와 미세구조 분해현상이 나타났습니다. 이 같은 생분해성 폴리에틸렌 복합소재가 개발되어 상용화된다면 현재 가장 많이 쓰이고 있는 1회용 봉투와 식품용기, 농업용 필름과 식품용기, 어구와 어망 용도 등의 플라스틱 제품을 대체해 쓰레기 문제를 효과적으로 개선할 수 있을 것으로 기대되고 있습니다. 

 

미세 플라스틱으로 인한 해양오염 문제가 심각해짐에 따라 기존의 폴리에스테르계 고분자 제조방법과 차별화된 기술 연구를 통해 땅속뿐만 아니라 해수 조건에서도 분해 성능이 뛰어난 제품의 개발을 동시 진행하고 있습니다. 

 

한화솔루션은 이처럼 물성 및 경제성이 우수한 생분해성 플라스틱을 개발에 전념하고 있습니다. 이를 통해 우리 생활에서 친환경 생분해 플라스틱의 이용을 확대하고 지구를 보호하는데 힘쓰고자 노력하고 있습니다. 앞으로도 한화솔루션의 지속가능한 미래를 위한 연구활동에 대해 많은 관심 부탁합니다.

 

한화솔루션·케미칼 블로거

 

*이 기고는 한화솔루션·케미칼과 세계일보의 제휴로 작성되었습니다.


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