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우리 생활에 널리 쓰이는 플라스틱! 하지만 🌏지구 환경을 생각하면 걱정되는 부분이 있지요?
그래서 준비했습니다. 플라스틱 역사부터 다양한 종류의 생분해성 플라스틱~LG화학이 개발한 생분해성 신소재까지!
과학전문채널, ‘안될과학’과 함께 소개합니다.
#플라스틱 #생분해 #ESG
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Tech Issue – 플라스틱을 대체할 신기술 아이디어 3가지_100 …
Tech Issue – 플라스틱을 대체할 신기술 아이디어 3가지_100% 친환경 기술 ‘바이오플라스틱’ Tech Issue는 글로벌 기술 트렌드 및 해외 유망 기술을 소개하기 위해…
Source: webzine.koita.or.kr
Date Published: 3/29/2022
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플라스틱, “000”로 대체하면 된다? – Greenpeace Korea
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Source: www.greenpeace.org
Date Published: 11/13/2022
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사탕수수와 대나무가 플라스틱을 대체한다? – Sciencetimes
그러나 음식이나 음료를 담는 식기류로 이용되는 플라스틱을 대체할 재료를 찾는 일은 간단치가 않다. 일회용 식기류로 사용되려면 생분해되는 것 …
Source: www.sciencetimes.co.kr
Date Published: 7/19/2021
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[보고서]친환경 플라스틱 대체 소재 기술개발 동향
이러한 맥락에서, 본고에서는 환경친화적인 바이오매스를 기반으로 하는 플라스틱과, 생분해성플라스틱 같은 친환경적인 플라스틱 대체 소재에 대한 정의, 종류, 특성, …
Source: scienceon.kisti.re.kr
Date Published: 6/17/2021
View: 738
플라스틱 대체할 ‘생분해성 신소재’ 세계 최초 개발 – 조선일보
플라스틱 대체할 생분해성 신소재 세계 최초 개발 LG화학 LG화학은 지속가능성을 핵심 경쟁력이자 최우선 경영과제로 삼고 전 사업 영역에서 체질 …
Source: www.chosun.com
Date Published: 10/2/2021
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처음부터 끝까지 환경만 생각하는 친환경 소재, 사탕수수 폐당 | 우리의 일상을 위협하는 환경호르몬 일상 곳곳 어디에서나 찾아볼 수 있는 환경 …
Source: brunch.co.kr
Date Published: 6/1/2021
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[코리아팩] 기존 플라스틱의 대체 방안, 바이오 베이스 플라스틱
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Source: www.kidd.co.kr
Date Published: 7/20/2022
View: 7563
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쌀겨, 볏짚 등의 작물 폐기물을 이용해 바이오 플라스틱을 생산하는 기술은 탄소 배출량이 적고 폐기 후 생분해 되는 자원 순환형 플라스틱으로 자동차와 …
Source: m.blog.naver.com
Date Published: 12/6/2021
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주제에 대한 기사 평가 플라스틱 대체
- Author: LG Chem
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- Date Published: 2021. 4. 19.
- Video Url link: https://www.youtube.com/watch?v=SgbHDdnCU6E
플라스틱을 대체할 신기술 아이디어 3가지_100% 친환경 기술 ‘바이오플라스틱’
Tech Issue – 플라스틱을 대체할 신기술 아이디어 3가지_100% 친환경 기술 ‘바이오플라스틱’
Tech Issue 는 글로벌 기술 트렌드 및 해외 유망 기술을 소개하기 위해 (주)비전컴퍼니와 협력하여 게재하고 있습니다.
▲ 이형민 대표
(주)비전컴퍼니
가볍고 단단하며 가공이 매우 쉬운 재료, 바로 ‘플라스틱’이다.
그래서 20세기 인류 최고의 발명품으로 꼽히지 않았던가. 이런 플라스틱이 이제 인류의 골칫거리가 되고 있다.
편리함을 앞세워 무분별하게 사용해왔던 플라스틱이 쉽게 분해되지 않는 특성으로 인해 우리 지구 환경을 심각하게 위협하고 있기 때문이다.
정부 발표에 따르면 2015년 대한민국 1인당 플라스틱 소비량은 세계 최고 수준으로, 연간 약 132.7㎏에 달한다.
소비하는 것이 많으니 버려지는 것도 당연히 많을 수밖에 없다.
세계적으로 보면 1950년대 이후 83억 톤 이상의 플라스틱이 생산되었고, 이 중 75%인 약 63억 톤이 쓰레기의 형태로 배출되었다.
이렇게 버려지는 플라스틱 쓰레기는 썩지 않은 채 현재 바다를 유유히 떠돌고 있다.
심지어 태평양에서는 거대한 플라스틱 쓰레기가 모여 만들어진 일명 ‘플라스틱 아일랜드’가 발견되어 많은 사람들을 경악하게 만들기도 했다.
이 플라스틱 쓰레기 섬이 무려 한반도 면적의 7배에 달한다고 하니 실로 어마어마한 양이 아닐 수 없다.
이렇게 버려지는 플라스틱 쓰레기 중에서도 특히 큰 골칫거리가 되고 있는 것이 있다.
바로 미세플라스틱(Micro Plastic)이다. 미세플라스틱은 5㎜미만의 작은 플라스틱을 칭하는데, 최근 들어서야 사용금지품목으로 지정되었지만 이미 치약, 스크럽 제품 등 화장품류에서 일반적인 연마제로 주로 사용되기도 했다.
또한 미세플라스틱은 기존 플라스틱 제품이 버려지는 과정에서 발생하기도 한다.
최근 오스트리아 환경청과 빈 의과대학 연구팀에서는 사람의 대변에서 미세플라스틱이 검출됐다는 연구 결과를 발표했고, 국내에서도 굴, 게 등의 해산물과 소금 등에서 미세플라스틱이 검출되었다고 밝혔다.
수도권의 주 식수원인 한강에서도 1㎥당 약 0~2.2개의 미세플라스틱이 검출되기도 했으며, 하수를 처리하는 과정에서 여과되어 그 양은 많지 않지만 수도권 시민의 식수원인 한강까지 미세플라스틱이 유입되고 있다는 사실은 충분히 경계할 만한 일이다.
이렇게 곳곳에서 발견되는 미세플라스틱은 충분히 우리 몸속에 쌓여 있을 가능성이 높다.
아직 인체에 미치는 위험성이 정확하게 밝혀진 것은 아니지만, 보통 그 입자가 작을수록 인체에 쉽게 흡수되며 더 치명적인 영향을 미치는 것으로 알려져 있다.
국제 환경단체 그린피스는 미세플라스틱이 마치 자석처럼 바다 속 유해 화학물질을 표면으로 끌어당겨 다시 해수나 해양생물 체내로 방출할 뿐만 아니라 제조 시 첨가되는 프탈레이트(Phthalate), 비스페놀A(BPA), 노니페놀(NP) 등 독성 화학물질이 해수 및 해양생물 체내에 유입될 가능성이 있다고 밝힌 바 있다.
이제 플라스틱 쓰레기의 문제는 우리 인류가 반드시 해결해야 할 시대적 과제이다. 물론 당장 플라스틱을 없앨 수는 없다.
플라스틱의 소비와 쓰레기를 모두 줄이려는 각국 정부의 노력이 절실히 요구되며, 플라스틱 제품을 사용하고 있는 소비자들의 인식 전환도 하루빨리 이루어져야만 한다.
여기에 하나만 더 붙이자면, 바로 플라스틱을 대체할 신재료 ‘바이오플라스틱(Bioplastic)’을 개발하는 것이다.
참고로 바이오플라스틱은 미생물의 체내에 있는 폴리에스터를 이용하여 만든 플라스틱을 일컫는다.
이는 토양 중의 세균에 의해 분해가 잘 되고 생체에 쉽게 융합되어 매우 친환경적인 물질로 알려져 있다.
그래서 바이오플라스틱은 우리가 쉽게 구할 수 있고 먹을 수 있는 100% 천연재료를 가공해 만드는 경우가 대부분이다.
무엇보다 이미 몇몇 기업들이 바이오플라스틱 재료를 개발하기 위해 많은 투자를 아끼지 않고 있으며 앞으로 이 분야는 새로운 블루오션 시장으로서 엄청난 규모의 시장으로 성장이 예상된다.
따라서 이 분야에 대한 국내 기업들의 투자와 연구개발이 반드시 추진되어야 할 것이다.
플라스틱 용기를 대체할 ‘해조류 젤’
바이오플라스틱의 대표 기업으로 손꼽히고 있는 롤리웨어(Loliware)와 에보웨어(Evoware)는 해조류를 가공해 바이오플라스틱을 만들어 큰 반향을 일으켰다.
최근 영국의 친환경 화장품으로 유명한 러쉬(LUSH)도 바이오플라스틱 제품을 출시해 주목받고 있다.
러쉬가 출시한 제품은 바로 ‘엣모스피어(Atmospheres)’라는 이름의 샤워 젤이다.
작은 풍선 형태의 이 샤워 젤을 담고 있는 포장이 바로 바이오플라스틱이다. 일반적으로 샴푸나 린스와 같은 젤 타입의 용액은 리필용 포장을 제외하고 대부분이 플라스틱 용기에 담겨 있다.
친환경을 추구하는 러쉬는 이 플라스틱 용기를 바꾸기 위해 이번에 바이오플라스틱 용기를 개발하게 된 것이다.
머니(Money), 렛 고(Let Go), 러브(Love), 조이(Joy) 등 총 4가지로 구성된 엣모스피어 샤워 젤의 포장은 해조류를 가공해 만들었기 때문에 포장이 생분해가 가능해 찢어서 사용한 후 배수구에 그냥 버려도 된다.
그동안 러쉬는 포장을 없애려는 노력을 끊임없이 추진해왔고, 소비자들에게 최소한의 포장만을 제공해 지구 환경보호와 윤리적인 소비에 앞장서 왔다.
이번에 러쉬는 꼭 필요한 플라스틱 포장까지도 환경에 도움이 되는 소재로 바꿨다는 점에서 높은 평가를 받고 있다.
친환경 기업들은 말로만 하는 것이 아니라 이처럼 의미있는 변화를 실제로 추진하고 있다.
우리나라 기업들도 세상을 바꾸는 의미 있는 변화를 지속해서 추구하길 기대해 본다.
비닐 포장을 대체할 ‘생분해 필름’
최근 미국 조지아공과대학교의 J. Carson Meredith 교수팀이 개발한 ‘생분해성 플라스틱 필름(BPF, Biodegradable Plastic Film)’도 새로운 바이오플라스틱 기술 중 하나다.
BPF는 그동안 개발됐던 일반적인 바이오플라스틱과 달리 비닐 포장처럼 유연한 필름의 형태라는 점에서 매우 의미가 있는 발명품이다.
따라서 기존 석유로 만들어진 다양한 비닐들도 BPF로 대체할 수 있다.
놀랍게도 BPF는 게(Crab) 껍질에서 추출한 키틴(Chitin)과 나무 섬유에서 추출한 셀룰로오스(Cellulose)를 결합해 만든다.
두 성분 모두 천연 생물고분자물질(Biopolymer)이기 때문에 생분해할 수 있다.
실제 BPF를 만드는 과정은 매우 간단하다. 미세한 나노섬유 구조의 셀룰로오스와 키틴을 물에 풀어 넣고 섞은 후 분무기를 이용해 매끄러운 표면 위에 골고루 뿌리고 말리면 된다.
다 마르면 비닐 랩처럼 유연한 재질의 투명한 필름이 완성되는데, 더욱 놀라운 사실은 바로 이 BPF가 일반 비닐보다 음식물을 훨씬 더 오랫동안 신선하게 보관할 수 있다는 점이다.
J. Carson Meredith 교수팀이 일반 플라스틱과 BPF를 비교해 실험한 결과, BPF의 산소투과율이 일반 플라스틱 대비 67%나 감소한 것으로 나타났다.
사실 음식이 부패하는 이유가 바로 ‘산소’ 때문인데, BPF는 이 ‘산소 차단’ 효과로 음식의 부패를 막을 수 있게 된 것이다.
연구진들은 키틴은 게, 새우 등 갑각류 음식물 쓰레기를 통해서 얻을 수 있고, 셀룰로오스는 목재 폐기물 쓰레기에서 추출이 가능하기 때문에 앞으로 대량 시설을 갖춘다면 충분히 많은 양의 BPF를 생산할 수 있다고 밝혔다.
이제 비닐 쓰레기의 문제도 하루빨리 해결되길 기대해 본다.
비닐팩을 바꾼 친환경 ‘에너지 음료’
요즘 스포츠, 여행, 산행 등을 위해 실내가 아닌 야외에서 시간을 보내는 사람들이 많다.
이들 중 많은 사람들이 가방에 휴대하고 마시는 것이 바로 ‘에너지 음료’이다.
대부분의 음료가 그러하듯 에너지 음료도 플라스틱 포장이 대부분이다. 그래서 음료를 마시고 무심코 버린 플라스틱 쓰레기로 인해 산과 바다가 몸살을 앓고 있는 것이다.
그렇다면 비닐팩 포장을 다른 소재로 바꿀 수는 없을까? 미국 로드아일랜드주에 위치한 ‘로드아일랜드 디자인 스쿨(Rhode island school of design)’ 출신의 디자이너 리지 라이트(Lizzie wright)는 최근 에너지 음료의 일회용 비닐 팩을 바꿀 수 있는 새로운 바이오플라스틱 용기를 개발했다.
수년의 연구 끝에 개발된 이 용기의 재료는 열대작물인 타피오카(Tapioca)와 감자, 식물성 글리세린과 해조류 추출물로 혼합된 천연폴리머(Polymer)다.
이 천연폴리머를 얇게 펴서 말린 후 적절한 크기로 재단하고 열을 이용해 접합하면 비닐 팩과 같은 용도의 새로운 음료 용기가 탄생하게 된다.
리지 라이트가 이 용기에 에너지 음료를 담아 장시간 실험을 한 결과, 음료의 휴대성과 사용성이 크게 나쁘지 않았고 음료의 pH와 보존성도 매우 훌륭했다.
무엇보다 음료를 다 마신 후 길거리에 그냥 버려도 일주일 내에 자연분해가 되어 환경오염을 일으키지 않는다는 점을 알 수 있었다.
이제 플라스틱 포장은 더 이상 방치하거나 묵과해서는 안 될 상황이다.
이런 플라스틱을 대체할 바이오플라스틱을 만들 수 있는 천연소재 발굴이 국내에서도 하루 빨리 이루어지길 기대해 본다.
플라스틱, “000”로 대체하면 된다? – Greenpeace Korea
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최신소식 플라스틱 2019년 10월 14일
플라스틱, “000”로 대체하면 된다?
‘일회용’ 문제를 해결하지 못하는 해결책들
글: 그린피스 서울사무소
플라스틱 오염이 어떻게 시작되었는지 잠깐 상기해 봅시다. 우리는 아주 짧은 시간 동안 쓸 목적으로 일회용 플라스틱을 만들었습니다. 심지어 몇 초 동안만 쓰이는 경우도 있죠. 이렇게 쓰인 일회용 플라스틱은 곧바로 버려집니다. 매일 전 세계에서 엄청난 양이 폐기되고 있으며, 결국 지금과 같은 오염 상황에 처하게 되었습니다.
플라스틱 오염이 지구를 위협하고 있습니다. 끊임없이 일회용 플라스틱을 생산해 온 기업들과 유통업계는 다행히도 이제 자신의 행동에 책임을 져야 한다는 사실을 깨닫고 있습니다. 세계 전역의 시민이 변화를 촉구하고 나섰기 때문이죠. 점점 많은 기업이 제품 포장재에 친환경 소재를 사용하겠다는 화려하고 거창한 약속을 앞다투어 내놓습니다. “100% 재생 가능 포장재”, “생분해성 플라스틱 소재”, 지속가능한 종이 포장” 같은 것들입니다. 하지만 이런 노력이 실제로 초래하는 일은 무엇일까요? 또 이들이 플라스틱 오염 문제를 해결할 열쇠가 될까요? 이제 기업들이 흔히 내세우는 ‘해결책’ 몇 가지를 살펴봅시다. — — — 종이: 플라스틱과는 달리 종이는 자연에서 분해되기 때문에 친환경적인 소재로 여겨집니다. 그 때문에 언뜻 보기에 좋은 해결책인 것 같습니다. 기업이 플라스틱에서 갈아타기에도 상대적으로 용이한 소재이기도 합니다. 하지만 대형 기업들이 플라스틱 포장재를 종이로 대체할 경우, 세계 삼림에 악영향이 미치는 문제가 발생합니다. 그 양이 막대하기 때문이죠. 숲은 탄소를 저장하고, 토착민 공동체와 생물다양성을 지켜주며, 다양한 생태계 서비스를 제공하는 등 건강한 환경을 유지하는 데 꼭 필요한 존재입니다. 그럼에도 이미 각종 개발과 자원 착취로 큰 압박을 받고 있습니다. 보호와 복원의 대상이 되어도 모자랄 판에, 플라스틱의 대안이 되는 일회용 포장재를 만들기 위해 나무를 베어내는 것은 정답이 될 수 없습니다. 바이오플라스틱: 많은 사람이 친환경으로 오해하는 또 다른 소재가 바로 ‘바이오플라스틱’입니다. 생물을 원료로 제조되거나 생분해되고 퇴비로도 쓸 수 있는 플라스틱을 말하지만, 화석연료로 만든 플라스틱도 포함될 수 있습니다. 바이오플라스틱에는 두 가지 문제가 있습니다. 하나는 원료입니다. 생물을 원료로 하는 플라스틱 대부분은 농작물로 만들어집니다. 경작지나 물 등을 두고 인간이 먹을 식량과 경쟁하다 보니 식량 안보를 위협할 수밖에 없습니다. 또 토지 용도를 바꾸고 온실가스도 배출합니다. 두 번째 문제는 바이오플라스틱이 정말 생분해되는가 하는 부분입니다. 생분해성 플라스틱은 온도와 습도가 아주 높을 때만 분해됩니다. 자연 상태에서 찾아보기 힘든 조건이죠. 또 일반 플라스틱과 마찬가지로 시간이 지나면서 작은 조각으로 쪼개집니다. 동물에 먹혀 먹이그물로 유입되는 것도 똑같죠. 퇴비화 가능 플라스틱 역시 특정 조건 아래에서만 완전히 분해되는데, 이런 조건은 산업용 퇴비화 설비나 아직 별로 보급되지 않은 가정용 퇴비화 시스템에서나 충족시킬 수 있습니다. 지자체 대부분이 이 같은 설비를 갖추고 있지 않은 현실을 고려할 때, 퇴비화 가능 플라스틱은 다른 플라스틱처럼 그저 매립되거나 소각될 가능성이 큽니다. 기존의 일회용 플라스틱과 다를 것도 없고 나은 점도 없는 셈이죠. 재활용 가능 플라스틱: 100% 재활용 가능한 플라스틱으로 만든 포장재는 어떨까요? 가장 친환경적이라 홍보되는 재활용 가능 플라스틱도 사실은 그다지 친환경적이지 않습니다. 지금까지 생산된 플라스틱 중 90% 이상이 재활용되지 않았습니다. 현재의 재활용 시스템은 날마다 쏟아지는 엄청난 양의 플라스틱 폐기물을 다 소화하지 못하고 있습니다. 그러다 보니 재활용되는 플라스틱보다 매립되거나 소각되는 플라스틱, 자연에 그냥 버려지는 플라스틱이 훨씬 많습니다. 용케 재활용되는 경우도, 진짜 ‘다시 사용’되는 것이 아니라 ‘저열화(downcycle)’됩니다. 버려진 플라스틱 포장재로 새 포장재를 만드는 것이 아니라 품질이나 가치가 낮은 제품으로 재가공되는 것이죠. 이렇게 만들어진 저품질 플라스틱은 더 이상 재활용되지 못하는 소재가 됩니다. 게다가 지자체마다 재활용할 수 있는 플라스틱 종류가 다르기 때문에, 재활용 딱지가 붙은 플라스틱이라 해도 모두 재활용되는 것은 아닙니다.
— — —
안타깝게도 기업들이 내놓는 전략은 일회용 모델이 초래하는 문제를 아직 제대로 해결하지 못합니다. 단순히 이 물질을 저 물질로 대체할 뿐이죠. 전 세계적에서 엄청난 양을 일회용으로 쓰고 버린다는 문제의 핵심은 그대로입니다. 기업들은 오늘도 지구가 소화할 수 없는 막대한 양의 쓰레기를 여전히 생산하고 있습니다.
그렇다면 해결책은 뭘까요? 플라스틱 오염이 갈수록 심각해지는 상황에서 기업이 신속하게 행동을 취해야 합니다. 일회용 포장재를 만들어 지구의 소중한 자원을 낭비하지 않도록 사업 모델 자체를 전환해야 하는 것이죠.
기업은 포장재 감축을 우선순위로 하여, 애초에 쓰레기를 만들지 않도록 노력해야 합니다. 그리고 자사 제품을 재사용하고 재충전하는 유통 시스템에 투자해야 합니다. 명확한 감축 목표를 설정하고, 이 목표 달성을 위해 어떻게 노력할 것인지에 대해서도 계획을 세워야 합니다. 세계 전역의 소비자들이 이 같은 시스템 구축을 요구하며 행동에 나서고 있습니다. 이제 기업이 답할 때입니다. 소비자의 요구에 따라 진정한 해결책을 내놓아야 합니다.
변화는 시작되었습니다. 일회용 플라스틱 사용을 줄이고 재활용, 재충전 시스템을 도입하는 기업이 전 세계적으로 늘어나고 있습니다 있습니다. 하겐다즈 아이스크림에서부터 펜틴 샴푸까지 다양한 상품을 리필하여 사용할 수 있게 만든 ‘루프(Loop)’는 300개 이상의 품목을 재사용 가능한 용기에 제품을 담아 판매하고, 용기를 수거하여 다시 사용하고 있습니다.
또 핀란드에서 2011년 설립된 스타트업 ‘리팩(RePack)’은 온라인 쇼핑에서 발생하는 쓰레기를 줄이기 위해 재사용 가능한 배송 포장재를 도입했습니다. 리팩 배송이 가능한 온라인 쇼핑몰에서 물건을 구매하면 전세계 어디든지 무료로 이용할 수 있습니다. 일회용 플라스틱 컵 사용을 없애면서 동시에 개인 텀블러를 쓸 때의 불편함을 줄이기 위한 다회용 컵도 전 세계에서 도시와 지역 단위로 도입되고 있습니다. 뮌헨, 베를린, 쾰른 등 독일 여러 지역에서 운영되고 있는 ‘리컵(Recup)’, 미국 콜로라도의 ‘베슬(Vessel)’, 영국의 ‘컵클럽(CupClub)’, 아일랜드의 ‘컨셔스 컵 캠페인(Conscious Cup Campaign)’ 등이 그 사례입니다.
더욱 많은 기업이 소비자에게 일회용 플라스틱을 사용하지 않을 선택권을 제공할 수 있도록 그린피스 캠페인에 참여해 주세요.
플라스틱 제로
사탕수수와 대나무가 플라스틱을 대체한다? – Sciencetimes
플라스틱은 가격이 저렴하고 가벼워 일회용품으로 쉽게 사용된다. 그러나 폴리스티렌, 폴리에틸렌, 폴리비닐 클로라이드와 같은 대부분의 플라스틱 재료들은 생분해가 되지 않는다. 버려진 뒤에 썩지 않는 채로 수백 년을 가고, 또는 잘게 부서져 이른바 ‘마이크로 플라스틱’으로 바다에 흘러들어 가는 등 환경 문제를 일으킨다. 따라서 생분해되고 비료로 이용할 수 있는 친환경적인 플라스틱 대체재를 개발하기 위한 노력이 지속되고 있다.
그러나 음식이나 음료를 담는 식기류로 이용되는 플라스틱을 대체할 재료를 찾는 일은 간단치가 않다. 일회용 식기류로 사용되려면 생분해되는 것 외에도, 무독성이어야 한다는 안전성의 문제와 물기나 기름기, 데웠을 때 뜨거워진 음식과 음료도 견딜 수 있는 튼튼한 재료여야 하기 때문이다.
최근에 저널 ‘매터(Matter)’에 발표된 논문은 사탕수수와 대나무로 만든 ‘그린’ 일회용 식기류 재료를 만드는 기술을 소개했다. 편리함과 기능을 포기하지 않으면서, 플라스틱 식기류를 대체할 수 있을 뿐 아니라, 땅에 묻으면 30~45일 내에 분해가 시작되어 60일 이후에는 형체를 알아볼 수 없이 생분해가 되는 기술이라는 점에서 주목을 받고 있다.
일반적인 플라스틱이나 이전에 개발되었던 생분해 가능한 고분자들의 경우에는 분해에 450년이 걸리거나 높은 온도로 가열이 필요했다.
연구진은 이 같은 소재를 개발하기 위해 대나무와 음식 산업에서 가장 큰 폐기물 중 하나인 버개스(bagasse, 사탕수수의 줄기에서 설탕을 짜고 남은 찌꺼기)를 이용했다. 길고 가느다란 대나무 섬유질과 짧고 두꺼운 버개스 섬유질을 섞어 감아 단단하게 만들고, 이것으로 용기를 제작하는 방식이다.
이로써 튼튼하면서도 생분해 가능한 일회용 용기가 만들어졌다. 내구성은 플라스틱 용품에 뒤지지 않으면서도 이전에 도입되었던 생분해 가능한 재활용 소재들에 비해 훨씬 깨끗한 일회용품이 탄성한 것이다.
식품 용기로 쓰일 재료인 만큼 생분해 외에도 연구진은 기능성 문제도 고려했다. 예를 들어 식기류가 기름이나 물에 저항성을 갖도록 하는 친환경 화학물질인 ‘알킬 케텐 다이머(alkyl ketene dimer)’를 첨가해 용기가 액체류에 젖었을 때도 사용이 가능하게 했다.
연구진이 개발한 이 기술에는 또 하나의 장점이 있는데, 바로 탄소발자국(carbon footprint)이 현저히 낮다는 것이다. 이 제품을 만드는 과정에서 CO2 배출량이 일반 플라스틱 제품에 비해 97퍼센트가 낮고, 종이 제품이나 생분해 가능한 플라스틱 제품에 비해서는 65퍼센트가 낮다.
(6522)
[보고서]친환경 플라스틱 대체 소재 기술개발 동향
초록
1. 서론
플라스틱 소재는 다양하면서도 우수한 기능 및 저렴한 가격으로 현대의 풍요로운 인류 생활과 산업 발전에 크게 이바지해왔다. 하지만 매립에 따른 환경호르몬 침출, 중간 분해 단계에서 생성되는 미세플라스틱(microplastic), 대량 플라스틱 폐기물의 소각에 따른, 맹독성의 다이옥신(dioxine), 휘발성유기화합물(volatile organic compound, VOC) 같은 대기오염 물질, CO2 같은 온실가스의 배출 등과 같은 심각한 환경오염을 초래하고 있다. 이러한 플라스틱 폐기물 문제는 모두, 잘 썩지 않고 반영구적이라는 플라스틱 개발 초기의 장점이 환경오염이라는 부메랑이 되어 우리에게 되돌아오고 있는 데에 기인한다. 이러한 문제를 해결하기 위해, 세계 각국은 여러 환경규제를 강화하고 있다. 독일, 이탈리아, 미국 등 각 선진국은 쇼핑백, 플라스틱병에 분해성플라스틱을 사용을 의무화하는 등 친환경 플라스틱의 광범위한 실용화가 활발히 진행되고 있다. 우리나라도 최종 분해까지 300~500년 정도 걸리는, 기존의 난분해성플라스틱 제품에 부과되는 폐기물 부담금을 인상하는 정책을 마련하고 있어서, 친환경 플라스틱 제품으로의 사용을 유도하고 있다. 폐기물 부담금 인상 등의 이러한 환경규제는 플라스틱 산업의 성장에 장애로 작용하고 있으며, 이에 따라 세계 각국은 인체에 무해하고, 재활용이 용이하면서도, 가격경쟁력과 기존 플라스틱의 이로운 물성을 유지하는 원료 및 제품 개발에 총력을 기울이고 있다. 생체분해성플라스틱 시장은 연평균 8.3%씩 성장하여 2020년에 세계 시장은 3.4억 달러, 국내 시장은 188억 원 규모의 시장을 형성할 전망이며, 세계 시장 중 아시아, 특히 인도와 중국 시장의 비약적 성장이 전망된다. 이러한 맥락에서, 본고에서는 환경친화적인 바이오매스를 기반으로 하는 플라스틱과, 생분해성플라스틱 같은 친환경적인 플라스틱 대체 소재에 대한 정의, 종류, 특성, 응용 분야 등을 알아보고자 한다.
2. 바이오플라스틱
‘바이오매스(biomass)’는 생명(bio)과 덩어리(mass)를 결합한 용어로서, 여기서는 ‘양적 생물자원’을 의미한다. 일반적으로, 대기 중의 이산화탄소가 광합성에 의해 고정된 형태의, 사탕수수, 옥수수 같은 식물자원, 미생물 대사 생성물, 그리고 클로렐라(chlorella), 스피루리나(spirurina) 같은 미생물 및 해조류를 총칭한다. 참고로, 바이오매스의 사전적 의미는, 앞의 정의와는 조금 다르게, 화학적에너지로 사용 가능한 식물, 동물, 미생물 등의 생물체, 즉 바이오에너지로서의 에너지원을 의미한다. 전 세계적으로 1년간 생산되는 바이오매스의 양은 석유의 전체 매장량과 맞먹는 막대한 양이며, 실질적으로 고갈될 염려가 없어서 무한 자원으로 간주되기도 한다. ‘바이오플라스틱(bioplastic)’은, 통일된 기준의 정의가 있는 것은 아니지만 European bioplastic에 의하면, 바이오매스로부터 유래된(de-rived) 플라스틱, 즉 ‘바이오 기반 플라스틱(bio-based plastic)’과 생분해성(biodegradable)플라스틱을 의미한다. 여기서 생분해성플라스틱은, 미생물에 의한 분해작용에 의해 수개월 내지 수년 이내에 물, 이산화탄소, 메탄가스 등으로 완전 분해되는 플라스틱을 말한다. 또한 바이오 기반 플라스틱은 생분해성일 수도 있고, 아닐 수도 있다. 이에 따라 전체 플라스틱은 그림 1과 같이 분류할 수 있다. 여기서 색상이 있는 부분이 바이오플라스틱 영역이며, 1사분면은 바이오 기반 플라스틱이면서 생분해성인 경우의 바이오플라스틱이다. 또한 2사분면은 바이오 기반 플라스틱이면서 생분해성이 아닌 경우인데, 예를 들면 바이오 기반 PET(polyethylene glycol terephthalate)가 있을 수 있다. 바이오 기반 PET는 석유 기반 PET와 동일한 화합물이지만 기존 플라스틱이 아니라 바이오플라스틱으로 분류되는데, 이는 ‘탄소중립(carbon neutral)’ 개념으로 설명될 수 있다. 탄소중립이란 개념은 성장기에 물, 이산화탄소, 태양광을 이용하여 엽록체에서 광합성작용을 통해 이산화탄소를 소비하고, 폐기되어 자연에서 분해될 때 성장기에 흡수한 정도의 이산화탄소만을 발생시켜 지구상의 이산화탄소 총량을 증가시키지 않는 개념이다. 따라서 바이오 기반 PET는 석유 기반 PET와 달리 탄소중립이 성립하여서, 친환경 플라스틱으로 간주되고 바이오플라스틱 범주에 포함되게 된다. 또한 이러한 바이오 기반 PET는 100% 바이오매스 기반일 필요는 없다. 예를 들면, 바이오 기반 MEG(monoethylene glycol)와 석유 기반 PTA(purified terephthalic acid)의 혼합물로 바이오 기반 PET를 구성할 수 있다.
※ PE: polyethylene, PP: polypropylene, PBAT: polybutylene adipate terephthalate, PTT: polytrimethylene terephthalate.
그림 1. 바이오 기반과 생분해성 유무에 따른 플라스틱의 분류 (참고문헌 9)
2.1. 생분해성플라스틱
생분해성플라스틱은 재활용이 가능하고, 매립 시 분해가 가능하며, 소각 시 다이옥신 같은 유해물질 배출이 없는 한편, 열량은 4,000~7,000 kal/kg이다. 이는 기존 플라스틱에 비하면, 현저히 발열량이 낮고 소각로를 손상시키는 리스크도 더 감소시킨다. 참고로 기존 플라스틱은, 가장 연소 열량이 적은 폴리에틸렌도 11,000 kcal/kg의 열을 발생한다. 생분해성플라스틱은 바이오매스의 전처리, 당화과정을 거쳐 당을 제조하고, 당의 발효과정을 통해 산업상 사용이 용이한 고분자 단량체(monomer)를 생산한 후, 이 단량체를 중합하거나 석유화학 유래물질과 혼합하여 플라스틱을 제조하는 두 종류가 있다. 대표적인 생분해성플라스틱인 PLA(polylactic acid)는 전분을 당화, 발효시켜 젖산(lactic acid)을 만들고, 이를 중합하여 제조하고 있다. 플라스틱의 원재료에 따라 생분해성플라스틱을 분류하면, (1) 생분해성 천연 고분자인 셀룰로오스(cellulose), 헤미셀룰로오스(hemicellulose), 펙틴(pectin), 리그닌(lignin), 전분 등 식물에서 유래하는 것으로 PLA, TPS(thermoplastic starch) 등과 새우, 게 등의 껍질에 함유된 키틴(chitin)질을 원재료로 한 동물 유래의 것들이 있으며, 미생물 생산 고분자(microbial bio-polymer)인 PHA(poly hydroxyalkanoate), PHB(poly-β-hydroxybutyrate), PHV(poly-β-hydroxyvalerate), 그리고 이들의 공중합체(copolymer)인 PHB/PHV 등의 poly-alkanoates가 있다. 또한 바이오매스 유래 단량체를 화학합성하여 얻는 생분해성플라스틱에는 지방족폴리에스테르(polyester), PCL(poly-caprolactone), PGA (polyglycolic acid) 등이 있으며, 이는 미생물 생산 고분자에 비해 생산이 용이하고 기존 플라스틱과 물성 및 응용 분야가 유사하므로 개발 시 시장진입 장벽이 낮아서, 상업화 가능성이 다른 생분해성플라스틱보다 높다. 이러한 바이오매스 유래 단량체 중합형 플라스틱은 석유계 플라스틱과 생산공정이 유사하여 기존 플라스틱 생산기술을 그대로 활용할 수 있으므로, 많은 화학기업 및 바이오 관련 기업에서 연구 및 개발이 활발히 진행되고 있다. 한편, 생분해성플라스틱 중에서, 산화생분해성(oxo-biodegradable) 플라스틱은 기존 플라스틱에 바이오매스, 산화생분해제, 상용화제, 생분해 촉진제를 첨가하여 제조하며, 열, 빛, 미생물, 효소, 화학반응 등의 복합적 작용에 분해가 촉진되어서, 완전분해까지 분해 기간을 1~5년으로 단축하는 신개념의 생분해성플라스틱이다. 이러한 산화생분해성플라스틱은 고가인 기존 생분해플라스틱의 제품 응용성 및 생산성 저하 문제, 광분해 제품의 최종 생분해가 어려운 점 등의 단점을 보완할 수 있고, 기존의 생산설비를 그대로 사용하여 장치비 부담이 적으며, 기존 플라스틱과 유사한 물성, 저렴한 제조 비용 등의 이유로 최근 전 세계적으로 기술개발 및 제품화가 활발하게 진행되고 있다.
2.2. 복합재료 형태의 바이오플라스틱
생분해성플라스틱(산화생분해성플라스틱은 제외)은 기존 플라스틱에 비하여 상대적으로 다음과 같은 한계점이 있다.
(1) 강도, 신장률 등 물리적 특성 및 가공의 취약성
(2) 유통기간 중 생분해 발생 방지를 위한 최종 생분해 기간의 연장 필요성
(3) 기존 제품 대체성 및 응용 분야 확대 제한
(4) 기존 플라스틱 대비 높은 가격
이러한 이유로 내열성, 가공성, 내충격성을 보완한 복합 형태의 바이오플라스틱들이 개발, 출시되고 있다. 즉, 기존플라스틱, 바이오매스나 생분해성플라스틱 중에서 둘 이상의 소재를 결합하여 가공성, 내충격성 등의 물성을 개량한 제품 등이 있다. 예를 들면, (1) 케나후, 볏짚, 밀짚, 왕겨, 옥수수 껍질, 식물체 대 분말 등 식물체와 전분 등을 기존 플라스틱, 생분해성플라스틱과 혼합하여 제조하는 탄소 저감형 바이오플라스틱, (2) PLA, PCL과 같은 생분해성플라스틱과 기존 플라스틱을 혼합하여 제조하는 탄소 저감형 플라스틱 등이 있다.
3. 바이오플라스틱의 응용 분야
현재 상업적으로 생산 판매되고 있어 실용화되고 있는 바이오플라스틱 소재 중에서 생분해성플라스틱은 PCL, PLA, PBAT(poly butylene adipate terephthalate), TPA(terephthalic acid), PVA(polyvinyl alcohol), PES(poly ethylene succinate), PHA, PHB, PBS(poly butylene succinate)와 지방족폴리에스테르 및 전분/지방족폴리에스테르 혼합재 등이다. 이러한 천연계 고분자 중에서도 전분이 생분해성플라스틱 원료로 가장 선호되고 있고, 실제로 전분을 원료로 한 바이오플라스틱이 포장 용도로서 현재 가장 많이 실용화되고 있는 추세이다. 또한 너무 짧은 분해 기간, 약한 물성, 내열성 및 내한성 등의 생분해성플라스틱의 단점을 보완한 바이오매스 20~40%와 플라스틱 60~80%를 혼합 사용한 바이오 기반 플라스틱과 산화제 등을 첨가한 산화생분해성플라스틱이 속속 출시되고 있다. 수개월 내에 생분해되는 폴리에틸렌계 고분자는 PES, PVA가 있으며, 또한 일반 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등 폴리올레핀계 고분자의 생분해 기간을 단축하기 위한 연구개발이 활발히 이루어지고 있다. 이러한 바이오플라스틱의 구체적인 응용 분야의 예는 다음과 같다.
3.1. 포장재 분야
바이오플라스틱 중에서 가장 많이 쓰이는 것은 옥수수 및 옥수수 추출물로 만든 포장재이며, 생분해가 용이하여 친환경 소재로 각광받고 있다. 또한 식량자원 사용 자제를 위해, 연중 원료 조달이 용이한 왕겨, 목분, 옥피, 두부, 박, 소맥피, 대두피, 식품공장 부산물 등 비식용 유기성 폐자원이 주목받고 있다. 한편, 2009년 일본에서 첫 판매가 시작된 식물 병(Plant Bottle)은 기존 PET 플라스틱에 사탕수수에서 추출한 바이오에탄올을 일부 적용하여 페트병을 만든 것인데, 이러한 식물 기반 페트병을 사용했을 경우 연간 석유 사용량을 2,045kL 감소시킬 수 있기 때문에 환경에 도움이 된다고 설명하고 있다. 하지만 바이오매스 소재는 내구성 문제가 있을 수도 있어서 제한적인 용도로 사용되고 있는 상황이며, 이에 따라 각국의 기업들은 적용 범위를 넓히기 위한 기술개발에 몰두하고 있다. 한편, 코카콜라는 Bio-PET 음료수병인 식물 병을 개발하여, 상용화에 들어갔으며, 전 세계 20여 개국에서 200억 개 이상 판매했다. 이 식물 병은 바이오 기반 플라스틱인 MEG 30%와 석유 기반 PTA 70%가 혼합된 병으로서, 대표적인 바이오 기반 플라스틱 제품이다.
3.2. 의료 부품 분야
생분해성플라스틱 중에서 생체분해성 고분자는 생체 내 흡수성 고분자와 비흡수성 고분자로 분류되는데, 생체 내 흡수성 고분자는 조직 재생용으로 주로 사용되며 서방성 약제를 담은 담지체로도 활용된다. 한편 비흡수성 고분자는, 생체 내에서 작용을 마친 후에 배설되어야 하므로 주로 소화기계통에 사용된다. 의료용 생체분해성 고분자는 인체 내에서 면역거부반응을 일으키지 않는 것이 가장 중요하므로, 이와 관련된 여러 분야의 학문들이 복합적으로 결합된 다학제 간 융합기술이다. 이러한 생체분해성 고분자 소재로는 PLA와 PGA가 있으며, 이들의 공중합체가 생체적합성이 우수하여 조직 지지체, 봉합사로 많이 사용되고 있다. 어떤 생체분해성 고분자는 무효소계에서 화학적인 가수분해 방법으로 고분자가 분해되기도 하는데, 폴리에스테르계 고분자가 대표적이며 지방족폴리에스테르가 생체분해성 고분자 생체재료로 사용되고 있다. 대표적인 가수분해형 생체분해성 고분자로는 폴리디옥사논(polydioxanone), 폴리(하이드록시발레레이트)[poly(hydroxyvalerate)], PLA, PHB 등이 있다. 이러한 생체분해성 고분자는 인공 심장, 판막, 혈관, 뼈, 신장, 췌장, 귀 등 다양한 분야에 기존 플라스틱 소재의 대체 물질로 사용이 가능하다. 생체분해성 고분자는 수분, 미생물, 온도 같은 다양한 환경 요인에 따라 스스로 분해되므로, 생체 내 부작용을 최소화할 수 있어 종래 플라스틱 소재를 대체할 신소재로 각광받고 있다. 한편, 생체분해성 고분자 수요는 해당 국가의 GDP, 의료복지 수준 등과 상관관계가 높아서 미국, 일본, 유럽 같은 선진국을 위주로 시장이 형성되어 있으며, 국내의 경우 의료복지 수준이 아직까지 선진국에 미치지 못하는 상황이므로 현재 국내 시장 규모는 미미한 수준이라 할 수 있다.
4. 결론
2013년 발효된 교토의정서에 따른 탄소세 도입으로 인해, 산업 분야에서의 이산화탄소 발생은 지구온난화 등 환경오염 차원에서 경제적인 문제로 발전되고 있다. 따라서 이산화탄소가 많이 발생하는 기존 석유 기반 플라스틱은 시장에서 경제적인 가격경쟁력이 약해질 가능성이 크다. 바이오플라스틱은 탄소중립 개념에 의해, 사용 후 분해 과정에서 이산화탄소 발생량이 바이오플라스틱의 원료인 바이오매스 제조 시의 이산화탄소 고정 제거량으로 상쇄되어 환경친화적이다. 한편 최근에, 기존 플라스틱의 취약한 분해성으로 발생되는 막대한 양의 미세플라스틱은 전 세계적인 환경문제를 초래하고 있고, 인류 건강을 직접적으로 위협하고 있다. 이러한 이유로 바이오플라스틱의 하나인 생분해성플라스틱의 사용이 강조되고 있다. 이러한 맥락에서, 바이오플라스틱의 시장경쟁력은 급격히 증가할 추세이고 그 적용 분야가 주로 일회용 봉투, 식품포장재 등에서 전자제품, 가전제품, 식품용 등으로 확대되고 있다. 따라서 관련 국내 기업체들은 정부나 지자체의 지원책을 적극 활용할 필요성이 있으며, 국내의 출연연들과의 협력체계 네트워크 구축도 필요하다고 할 수 있다. 이를 통해 관련 연구자들의 바이오플라스틱의 물성 개량과 대량생산 제조 방법 등의 연구가 활발히 이루어지길 기대한다.
References
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플라스틱 주의보 발령! 대체 소재를 찾아라
환경호르몬은 성호르몬 외에도 다른 여러 호르몬에 영향을 줄 수 있습니다. 특히, 비만 발생이 늘어나고, 비만은 당뇨병이나 심혈관질환, 간 질환 등에 나쁜 영향을 미치고 일부 암의 발생률을 높이는 것으로 알려져 있습니다.
플라스틱 아웃! 플라스틱을 대체할 것 없을까?
전 세계적으로 플라스틱 사용 규제에 대한 목소리가 높죠. 일상에서도 비닐봉지와 빨대 일회용 용기 등의 사용을 줄이는 사람들이 많아졌어요. 하지만 플라스틱에 중독된 사람들은 쉽게 포기할 수 없는데요. 플라스틱을 대신할 종이, 나무보다 더 새로운 대안으로 불리는 바이오 플라스틱(Bio plastic)이에요. 플라스틱 아웃! 을 위해 필요한 친환경 R&D 환경기술 바이오 플라스틱에 대해 알아봐요.
쌀겨, 볏짚 등의 작물 폐기물을 이용해 바이오 플라스틱을 생산하는 기술은 탄소 배출량이 적고 폐기 후 생분해 되는 자원 순환형 플라스틱으로 자동차와 가전, 일회용 용기 등에 사용되고 있어요. 일반적으로 바이오 플라스틱은 옥수수와 사탕수수, 미역과 같은 생물에서 추출한 물질을 사용해요.
바이오 플라스틱은 바이오 베이스 플라스틱과 생분해성 플라스틱으로 구분하는데요. 이 둘의 차이는 생물성 재료(Bio Mass)의 함유량이라고 합니다. 바이오 플라스틱의 바이오 매스 함유량은 5~25% 작지만 혼합해 사용하므로 기존 플라스틱보다 친환경 제조가 가능해요. 탄소가 70% 정도 덜 배출된다고 하네요. 하지만 강도가 기존과 비슷해 잘 썩지 않는 단점이 있어요.
생분해성 플라스틱은 바이오 매스 함유량이 50% 이상인 것을 말하는데요. 절반 이상 바이오 매스로 구성된 제품은 환경에 해를 덜 끼친다고 합니다. 유연하지 않고 열에 약해 가공이 필요한 단계라 용도를 제한해 사용할 수 있어요. 옥수수 전분으로 만든 PLA(polylactic acid) 대표적이죠. 최근에는 옥수수와 사탕수수 이외에 녹조류와 새우껍질을 이용한 기술이 개발되고 있어요.
지속 가능한 플라스틱의 미래,
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