친환경적인 바이오 플라스틱에 관한 탐구

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국내외 바이오 플라스틱의 연구개발, 제품화 및 시장 동향-유영선, 오유성, 홍승회, 최성욱

 

플라스틱은 다양한 기능 및 저렴한 가격으로 현대인의 일상생활과 산업발달에 큰 공헌을 했지만 대량으로 발생되는 플라스틱 폐기물의 소각이나 매립에 따른 환경호르몬 누출, 다이옥신 검출 등의 근거로 환경오염의 원인이 되고 있다. 이 문제를 해결하기 위하여, 바이오 플라스틱에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.

바이오 플라스틱이란 석유 기반으로 만들어진 생분해성 플라스틱과 더불어 바이오매스와 같은 생물자원을 이용 하여 제조된 플라스틱을 의미한다. 이때 생분해성 플라스틱은 미생물에 의해 최종적으로 물과 이산화탄소로 분해되는 플라스틱이다. 바이오 플라스틱은 바이오매스 기반의 플라스틱 전체를 의미 하므로, 생분해성 플라스틱과 난분해성 플라스틱 모두가 포함되어 있다.

그러나 지구 온난화의 주원인이 이산화탄소로 밝혀지면서 기존의 석유기반 플라스틱을 대체할 수 있는 새로운 친환경 소재가 필요하게 되었고, 탄소 중립이라는 개념이 등장하면서 바이오매스를 기반으로 만들어진 고분자 화합물이 바이오 플라스틱이란 이름으로 사용되게 되었다.

 

첫째로 케나프, 볏짚, 밀짚, 옥수수 껍질 등 식물체를 일반 플라스틱이나 생분해성 플라스틱과 혼합하여 제조한 탄소 저감형 바이오 베이스 플라스틱이 있다.

최근 산업화가 급속히 진행되고 있는 바이오 베이스 플라스틱은 바이오매스와 기존 난분해성 플라스틱을 결합하는 방식으로 제품을 생산한다.

바이오 베이스 플라스틱은 이산화탄소 저감을 통한 지구온난화 방지를 강조하고 있다. 바이오 베이스 플라스틱은 페트병에서 자동차 분야까지 적용 범위가 확장되고 있고, 식량자원의 사용에 대한 문제점을 해결하기 위해 셀룰로오스, 볏짚, 왕겨, 옥수수 껍질, 사탕수수 등 식량이 아닌 자원을 바이오 플라스틱 원료 소재로 사용하고 있으므로, 산업용품, 자동차, 건축, 토목, 등의 다양한 분야까지 적용이 되고 있다.

 

둘째는 PLA , PCL 및 기타 디올 디액시드 계열의 지방족 폴리에스테르계를 포함하는 생분해 플라스틱이 있다.

생분해 플라스틱은 바이오매스로부터 당을 제조하고, 이를 발효과정을 통해 사용이 용이한 고분자를 생산하고, 이 고분자는 중합 하거나 석유화학에서 유래한 물질을 이용하여 제조하는 두 종류가 있다.

현재 대표적인 생분해성 플라스틱인 PLA는 전분을 발효 시켜 젖산을 만들고, 그 젖산을 중합하여 제조하고 있다. 마지막으로 탄소저감형 식물체 바이오매스, 생분해 촉진제, 산화제 등을 이용하는 산화생분해 제품이 있다.

산화생분해 플라스틱은 비싼 생분해 제품의 응용성 및 생산성 저하 문제를 보완할 수 있고, 기존의 설비를 그대로 사용하여 설비에 대한 부담이 적은 장점 등이 있다. 가장 많이 쓰이는 것은 옥수수 및 옥수수 추출물로 만든 바이오 플라스틱이며, 자연적인 분해가 잘 되어 친환경 소재로 주목 받고 있다.

자동차업계에서도 식물 소재 플라스틱 사용에 적극적이다. 미국의 포드는 1930년대에 식물유래 플라스틱을 대시보드와 외장 패널에 적용하였고, 1941년 콩 섬유 강화 플라스틱으로 만든 자동차 모형을 제조하였다.

이러한 바이오 플라스틱 산업의 발전은 기존의 석유 기반의 플라스틱과는 다르게 지속 가능한 발전이 가능하며 이는 단순히 환경보호 차원에만 머무르지 않고 경제성장의 질, 기후변화, 생태 다양성 등 긍정적인 변화를 불러올 수 있다.

 

알게 된 점

우리가 플라스틱을 사용하는 까닭과 그에따라 찾아오는 부작용에 대해 알았고, 가교 결합, 탄소 중립, 바이오매스, 탄소 저감형’ 등의 여러 화학적, 생명적 용어들의 뜻을 정확히 알게 되었다.

또, 소주제에서 언급했던 바이오 플라스틱의 정의와 세분화에 따른 특징들과 사례를 알게 되었고, 우리 일상에 이미 자연에서 분해되지 않는 난분해성 플라스틱 뿐 만 아니라 미생물 등에 의해 자연에서 물과 이산화탄소로 분해되는 생분해성 플라스틱도 있다는 사실을 알았다.

그리고 바이오 플라스틱은 세분화 할 수 있으며 세분화 했을 때 각각의 종류에 따른 원료와 주로 이용되는 사례가 다르다는 것을 깨달았다. 논문은 지루하고 딱딱할 것 이라는 선입견이 있었으나 논문에 관한 선입견이 깨지고 오히려 이번 바이오 플라스틱 논문 탐구는 공학에 관한 흥미도를 올리는 데에 상당한 기여를 한 것 같다,