[이미디어= 황원희 기자] 매년 약 3억8천만 톤이 생산되는 플라스틱은 자연에서 분해되는 데 수백, 수천 년이 걸리는 세계에서 가장 큰 오염 물질 중 하나이다. 연구에 의하면 대략 1,200만 톤의 플라스틱 폐기물이 2050년까지 매립지 또는 자연환경에 투기될 것이며 이는 심각한 환경오염을 일으킨다고 한다. 이와 관련해 최근 메릴랜드 대학 연구진이 목재 부생물을 통한 고품질 바이오플라스틱을 개발했다고 밝혔다. 

제공 : 메릴랜드 대학교

석유화학 플라스틱에서 재생 및 생분해성 플라스틱으로 전환하려는 노력은 까다로운 것으로 입증되었다. 생산 공정은 유독성 화학 물질과 비용이 많이 들고 기계적 강도와 물의 안정성이 불충분한 경우가 많다. 그러나 연구원들은 목재 부산물을 사용함으로써 보다 내구성이 있고 지속 가능한 생분해성 플라스틱을 생산할 수 있는 가능성을 보여주는 획기적인 발견을 이루었다고 밝혔다.

네이처 지속가능성(Nature Sustainability)에 실린 연구에 따르면 천연목재의 다공성 매트릭스를 슬러리로 분해하는 과정에서 내구성, 안정성, 자외선 저항도를 가진 소재 발견을 알렸다. 이는 자연에서 재활용되거나 안전하게 생분해될 수 있으며 석유 기반 플라스틱 및 기타 생분해성 플라스틱에 비해 수명주기 환경 영향이 낮다는 특징이 있다.

그간 플라스틱 소재에 대한 많은 연구가 있었지만 대부분 화석연료로 만들어져 환경에 대한 우려는 항상 있었다. 하지만 이 소재는 목재를 통한 바이오매스 기반 플라스틱으로 제조공정도 간단하고 우수한 기계적 특성을 가진다고 한다.

슬러리 혼합물을 만들기 위해 연구진은 목재 분말(일반적으로 목재 공장에서 폐기물로 폐기되는 처리 잔여물)을 사용했으며 DES(생분해성 및 재활용 가능한 심층유전자 용제)를 사용해 느슨한 다공성 구조를 분해했다. 재생된 라이닌과 셀룰로오스 마이크로/나노피브(nanofib)의 나노스케일 얽힘과 수소 결합이 특징인 이 혼합물은 고체의 함량이 높고 점성이 높아 내구성이 우수하며 형태를 잡는 일도 용이하다. 

연구진은 종합적인 수명 주기 평가를 시험했는데 바이오 플라스틱 시트는 토양에 묻힌 지 2주 만에 해체되고, 3개월 후에 완전히 분해되었다. 또한, 연구원들은 바이오 플라스틱을 기계적인 교반으로 다시 분해할 수 있으며, 이는 DES를 회수하고 재사용할 수 있게 한다고 밝혔다. 

이는 다용도로 활용 가능한데 주요 용도인 비닐봉지와 포장재로 사용할 수 있는 것은 물론 자동차 제조에도 사용할 수 있다고 알렸다.

연구팀이 계속 조사하고 있는 분야 중 하나는 이 생분해 플라스틱의 제조 규모가 커질 경우 산림에 미칠 수 있는 잠재적 영향이다. 이 공정은 현재 목재 부산물을 통해 제조할 수 있지만, 대규모 생산은 산림, 토지 관리, 생태계, 기후 변화에 광범위한 영향을 미칠 수 있는 막대한 양의 목재 사용을 필요로 할 수 있기에 유념해야 할 부분이 있다.

연구진은 이와 관련해 숲의 성장 주기와 제조 과정을 연계한 숲 시뮬레이션 모델을 위해 산림 생태학자와 이미 연구를 진행 중이라고 말했다. 

[ⓒ 이미디어. 무단전재-재배포 금지]