습도와 열에 내성 강한 식물기반 소재… 저비용 방식 도입

최신 연구에서 생분해성 식물기반 플라스틱의 생산에 간단한 단계를 추가했더니 물질 특성이 강화되고 상업적 생산의 주요 장애물을 제거할 수 있었다. 석유 기반 플라스틱을 생분해성 유사물질로 대체하면 환경에 광범위한 혜택을 준다. 석유기반 플라스틱은 매년 수억t씩 생산되며 그중 상당량이 매립지나 바다로 흘러든다. 분해에 수백 년이 걸려 그 과정에서 환경을 오염시킬 수 있다. 반면 일부 바이오플라스틱은 조건에 따라 수 개월이면 분해된다.

미국 네브라스카대학(링컨)과 중국 장난대학 연구팀은 두 종류의 특정 바이오플라스틱을 혼합하고 수백°C까지 가열한 뒤 냉각시켰다. 그랬더니 결과물의 습도와 열에 대한 내성이 크게 향상됐다. 연구팀은 이 방법을 활용해 통상적으로 돈과 시간이 많이 드는 기존 기법을 생산과정에서 대체할 수 있었다.

장난대학의 이치 양 연구원은 제조업체들이 이 기법을 활용하면 식물기반 플라스틱을 적어도 석유기반 플라스틱과 비슷한 수준으로 계속 대량 생산할 수 있게 된다고 주장한다. 이 같은 연구결과는 학술지 ‘케미컬 엔지니어링’에 발표됐다.

논문 작성자들은 “이 청정기술은 상용화가 가능한 바이오 기반 플라스틱을 대량생산할 수 있다”고 설명했다. “대량생산하려면 그 기법을 계속 적용할 수 있어야 한다. 그것이 가능한 저비용의 방식을 도입한 것이 이 기법의 중요한 요인이다.”

연구팀이 실험에서 플라스틱 생산에 사용한 기법에선 옥수수 전분, 사탕수수 또는 기타 식물로 만들어진 폴리락타이드라는 소재를 사용한다. 하지만 폴리락타이드는 특히 제조공정에서 열과 습기에 몹시 취약해 원료로 사용하는 데는 한계가 있었다.

과학자들은 오래 전부터 이 문제에 대한 해결책을 모색해 왔다. 이전의 발견들이 그 해법에 관한 실마리를 제공했다. 예컨대 L과 D로 알려진 다른 두 종류의 폴리락타이드를 혼합하면 성능이 약간 향상된 물질이 생산되는 것으로 알려졌다. 그러나 이들 다른 유형의 분자를 완전히 결합시키기가 까다롭고 돈이 많이 든다. 그리고 대체로 용매나 화학물질을 사용해야 하는 탓에 환경 문제를 유발한다.

양 연구원은 “문제는 대규모로 사용할 수 있도록 만들 방법을 찾을 수 없었다는 점”이라고 설명했다. “사람들은 유해한 용매나 기타 첨가물을 사용한다. 그러나 그런 물질은 계속적인 생산에는 좋지 않다. 그 중합체를 용해하고 증발시킨 뒤 또 다시 사용해야 하는데 그러려면 돈이 너무 많이 들어 비현실적이다.”

연구팀은 다른 방법을 시도하기로 했다. 다른 2종의 폴리락타이드 알갱이를 혼합하고 회전시켜 섬유질로 만든 뒤 200°C까지 급속히 가열하는 방법이었다. 그렇게 만들어진 물질의 용해온도가 L이나 D 유형 플라스틱 각각의 온도보다 훨씬 높았다. 그 결과물은 또한 끓는 물에 담근 뒤에도 짜임새와 강도를 유지했다. 끓는 물은 염색 직물에 통합될 때 바이오플라스틱이 견뎌야 하는 것과 비슷한 환경이다.

실험실 환경에서 이미 자신들의 기법을 입증한 연구팀은 앞으로 규모를 확대해 기존 제조기법에 통합하는 방법을 모색할 계획이다.

- 아리스토스 조르주 아이비타임즈 기자

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