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생분해성 플라스틱
생분해성 플라스틱(Bio-degradable Plastic)은 일정한 조건에서 자연계에 존재하는 박테리아, 조류, 곰팡이에 의해 물과 이산화탄소, 부식토로 완전히 분해될 수 있는 플라스틱을 말한다. 옥수수 전분, 팜유 등 천연재료로 만들어 생산 과정에서 일반 플라스틱보다 온실가스 배출을 60~80% 가량 줄일 수 있다. 뿐만 아니라 일반 플라스틱처럼 편리하게 사용할 수 있지만, 사용 후 퇴비화가 가능하고 소각과 매립 과정에서 나오는 온실가스도 덜해 난분해성 플라스틱의 대체재로 주목받는 물질이다.
생분해성 플라스틱이 친환경성이 높은 이유는 분해 속도가 빠르기 때문이다. 석유제품의 플라스틱은 결합력이 센 탄소로 이어져 있어 잘게 쪼개는 데 시간이 오래 걸리지만, 생분해성 플라스틱은 탄소와 탄소 사이에 결합력이 약한 고리를 연결해두어 미생물이 공격할 때 빠르게 물과 이산화탄소로 분해될 수 있다. 생분해성 플라스틱은 6개월에 90%가 분해된다. 대신 일반 플라스틱보다 값이 3배 정도 비싸다.
개요
생분해성 플라스틱은 흙 속이나 물속에 있는 미생물에 의해 최종적으로 물과 이산화탄소로 분해되는 플라스틱으로, 미생물이 생산하는 플라스틱, 전분이나 셀룰로스 등의 천연소재를 주성분으로 하여 제조하는 것과 다시 분해성을 부여한 화학합성플라스틱으로 분류할 수 있다.
그 편의성 때문에 현대생활에서 거의 필수품이 되다시피 한 플라스틱은 자연상태에서는 거의 분해되지 않거나 분해가 된다고 하더라도 수백 년이 걸리는 것으로 알려져 있다. 근년에 와서 바다로 유출되는 플라스틱에 의한 해양오염과 플라스틱 폐기물의 증가로 인한 폐기물처리 등이 커다란 환경문제로 떠오르고 있는 상황에서 이에 대한 대책의 하나로 각광을 받고 있는 제품이다. 현재 개발되고 있는 분해성플라스틱은 빛(주로 자외선)에 의하여 분해하는 광분해성플라스틱과 미생물에 의해서 분해되는 생분해성플라스틱의 2종이 주류를 이루고 있다.
생분해성플라스틱은 미생물이 생산하는 플라스틱(바이오플라스틱), 전분이나 셀룰로스 등의 천연소재를 주성분으로 하여 제조하는 것과 다시 분해성을 부여한 화학합성플라스틱으로 분류할 수 있다. 이들은 모두 땅 속에 묻거나 바다 속에 버려두면 세균이나 조류, 곰팡이와 같은 자연에 존재하는 미생물에 의해 분해되어 저분자화합물이 되었다가 최종적으로 물과 이산화탄소 또는 물과 메테인가스로 변하게 된다.
미국의 카길 다우 폴리머즈(CDP)사는 2001년 말부터 세계 최초로 연산 14만t의 생분해성플라스틱 생산공장을 가동시키고 있다. 옥수수 전분을 분해해서 포도당을 만들고, 이것을 발효법으로 젖산균으로 변환시켜 화학중합법으로 생분해성플라스틱을 제조하는 방식인데, 2010년까지 그 생산규모를 45만t으로 늘릴 계획이다. 일본에서는 다이닛폰 잉크화학공업, 쇼와 고분자 등에서 양산화 체제의 정비를 서두르고 있는데, 미국 기업들이 원료로 하고 있는 값싼 사료용 옥수수와 같은 원료를 어떻게 조달할 것인가 하는 것이 과제로 남아 있다.
우리나라에서도 유럽을 중심으로 확산되고 있는 환경규제와 관련, SKC(주)·한화(주)·새한(주)·이래화학 등 화학업체들이 최근 '한국생분해성플라스틱협의회'를 설립하여 생분해성플라스틱의 개발에 주력하고 있다. 특히 생분해성플라스틱 생산 기술에서 선두업체로 떠오른 이래화학은 강원도 문막에 연산 3600t 규모의 동양 최대 생산공장을 완공, 생분해성플라스틱 생산에 나설 예정이다.
생분해성 플라스틱 개발의 역사와 배경
생분해성 플라스틱은 비(난)분해성 플라스틱의 폐기물 처리문제 및 자원고갈의 해결을 위한 대안으로 1980년대 후반부터 사용이 본격화 되었다. 생분해성 플라스틱의 개발과 이용의 장점은, 사용 후 생분해 과정을 통해 물과 이산화탄소로 분해되어 다시 생물유기자원으로 이용할 수 있다는 것이다. 넓은 의미의 생분해성 플라스틱인 광분해성 플라스틱의 연구가 1970년대 미국에서 시작되어 1978년 G. Scott에 의해 개발, 제조된 것을 시작으로, 폴리에틸렌에 녹말과 같은 성분의 첨가로 제조되는 1세대 분해성 플라스틱을 거쳐, 미생물이나 생체 내에서 분해되는 생분해성 플라스틱, 산화 후 생분해 되는 복합 분해성, 바이오-폴리에틸렌테레프탈레이트(bio-polyethylene terephthalate, Bio-PET), 바이오-폴리에틸렌(bio-Pplyethylene, Bio-PE), 바이오-폴리프로필렌(bio-polypropylene, Bio-PP)로 불리는 바이오베이스 플라스틱 등 2세대 생분해성 플라스틱으로 발달하였다.
국제적 환경인식 변화와 환경 규제 강화 등으로 인한 개발 요구와 적용 분야 확대도 생분해 플라스틱의 개발과 사용을 가속화 시키는 요인이다. 1992년 6월 리우 유엔환경회의에서 채택된 기후변화협약(UNFCCC)1)을 이행하기 위해, 1997년 만들어진 국가 간 이행 협약인 '교토기후협약'2)은 오스트레일리아, 캐나다, 미국, 일본, 유럽연합 등 회원국의 온실가스 의무 감축을 요구하고 있으며, 2015년 파리협정3)까지 지구환경 개선을 위한 국제적 규제가 날로 강화되고 있고, 그 대상국 또한 확대되고 있다. 우리나라는 2002년 11월에 비준하였으며, OECD 회원국 중 하나로, 우리나라의 높은 이산화탄소의 배출량을 고려 할 때 생분해성 플라스틱의 개발과 사용 확대 등을 통한 노력이 요구된다.
생분해성 플라스틱의 종류
생분해성 플라스틱은 원료 소재에 따라 여러 종류로 분류된다. 그 중 대표적인 PLA, PHA, PLH 에 대해 알아보도록 한다.
가장 널리 쓰이는 생분해성 플라스틱으로 PLA(Polylactic Acid)을 들 수 있다. PLA는 옥수수, 카사바, 사탕수수 등을 발효시켜 얻는 '젖산'으로 만들어진다. 인체에 흡수되어도 분해와 배출이 쉬워 수술용 봉합사나 보철재 등 의료용 플라스틱으로 활용되고 있다. 게다가 열과 공기를 투과하는 성능이 뛰어나 1회용 쓰레기 봉투, 쇼핑백, 식기류 등 생활 소비재와 포장재로도 쓰이고 있다. 하지만 수분이나 가스를 잘 차단하지 못하고 열에 취약하다는 점, 그리고 유연성이 좋지 않다는 점이 PLA의 단점으로 꼽힌다.
PHA(Poly Hydroxyl Alkanoate)는 '미생물의 세포'로 만들어진다. 미생물을 배양해 발효 등의 과정을 거쳐 제조되기 때문에 생산 속도가 느리고 일반 플라스틱에 비해 비싸 아직까지는 제한적으로 사용되고 있다. 하지만 타 생분해성 플라스틱에 비해 구조와 물성을 조절할 수 있으며 특정한 공정을 거쳐야만 분해되는 다른 생분해 플라스틱들과는 달리, 바다에서 100% 생분해되기 때문에 가장 이상적인 바이오 플라스틱으로 꼽힌다.
PLH(Poly Lactate Hydracrylate)는 '옥수수'를 통해 만드는 바이오 함량 100%의 생분해성 플라스틱으로 LG화학이 새롭게 연구, 개발한 생분해성 신소재이다. 단일 소재로는 PP(Polypropylene) 등 합성수지와 동등한 기계적 물성 구현이 가능하고, 다른 생분해성 플라스틱에 비해 유연성이 뛰어나 가공 후에도 투명성을 유지할 수 있다는 점이 장점으로 꼽힌다. PLH가 상용화된다면, 일반 플라스틱 포장재를 대체할 수 있어 활용도가 높을 것으로 기대된다.
특징
- 생분해성 플라스틱은 널리 사용되고 있는 기존의 난분해성 플라스틱 소재와 달리, 일정한 조건에서 자연계에 존재하는 박테리아, 조류, 곰팡이와 같은 미생물이나 분해효소 등에 의해 물과 이산화탄소로 완전히 분해될 수 있는 플라스틱으로 다양한 원료(바이오매스 또는 화석연료 기반 화합물)로부터 만들 수 있다.
- 생분해성플라스틱은 일반 플라스틱 제품과 마찬가지로 사용될 수 있으며, 사용 후에는 폐기물을 일정 조건을 갖춘 시설(Compost)에서 퇴비화시킬 수 있다. 부득이 연소시키더라도 발생열량이 낮아서 다이옥신 등의 유해물질이 방출되지 않는 친환경 플라스틱이다.
- 생분해성 플라스틱에는 다양한 종류가 있다. 우선, 지방족 폴리에스터인 polybutylene succinate(PBS), polybutylene adipate-co-terephthalate(PBAT), polycaprolactone(PCL), polyglycolic acid(PGA) 등은 모노머를 화학 합성하여 얻는 생분해성 고분자들인데, 물성 조절이 용이하여 다양한 기능을 부여할 수 있으므로 플라스틱 용도로 널리 활용되고 있다.
- 한편, 미생물이 만들어내는 고분자(microbial biopolymer)가 있는데, poly-β-hydroxybutyrate(PHB), poly-β-hydrolyvalerate(PHV), 그리고 이들의 공중합체인 PHB/PHV 등의 polyalkanoates(PHA)가 여기에 해당된다.
- 천연 물질을 원료로 한 생분해성 고분자로는 Cellulose, Hemicellulose, Pectin, Lignin 및 저장 탄수화물인 전분 등 식물에서 유래하는 것과 새우, 게 등의 껍질을 포함한 Chitin질을 기초로 한 동물 유래의 것들이 있다.
- 현재 대규모로 상업 생산되고 있는 생분해성 고분자인 polylactic acid(PLA)는 바이오매스 원료인 옥수수, 전분 등으로부터 발효공정을 거쳐 생산되고 있다.
생분해 플라스틱의 활용 예
- 농업용 생분해 플라스틱 : 농업용 생분해 플라스틱의 활용은 다양하나 대표적으로 경작지의 지온조절이나 수분보존, 잡초 및 병해충 방제를 위한 피복자재로 사용되는 멀칭 필름(mulching film)이 있다. 기존의 필름은 폐기물 처리비용이 들며 소각 또는 매립의 방법으로 발생되는 분진 및 유독성 가스로 인한 각종 오염을 유발한다. 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 광, 생분해 플라스틱을 이용한 멀칭 필름이 이용되고 있다.
- 가정용 생분해 플라스틱 : 기존 플라스틱 제품의 남용으로 인한 환경오염과 인식의 변화에 기초하여 다양한 생활용품들이 생분해 플라스틱으로 제조되고 있다. 랩, 각종 용기, 비닐백 등이 있으며 환경 마크가 부착된 제품들이 이에 해당한다.
- 의료용 생분해 플라스틱 : 의료용 제품은 생분해성 플라스틱이 가지는 요건 이외에도 생체적합성, 재료 물성, 기능 상의 조건들이 고려되어야 한다. 대표적인 제품은 폴리글라이콜산(polyglycolic acid)으로 제조되는 수술용 봉합사이다. 손상된 피부의 접합에 사용되는데 분해소요 시간이 짧아 봉합 후 제거하는 노력이 필요없다.
규격 및 인증
국제적으로 생분해 플라스틱의 규격기준은 생분해 수지 함량이 70% 이상이어야 하며, 우리나라도 70% 이상의 생분해 수지함량을 가진 제품에 환경기술진흥원이 인증하는 환경마크를 부착하여 판매 되고 있다.
동영상
참고자료
- 〈생분해성 플라스틱〉, 《식물학백과》
- 〈생분해성플라스틱〉, 《두산백과》
- GS칼텍스, 〈‘썩는 플라스틱’을 아시나요? 생분해성 플라스틱과 3HP〉, 《GS칼텍스 공식 블로그》, 2022-08-29
- 〈바이오플라스틱〉, 《한국바이오플라스틱협회》
- 최우리 기자, 〈‘생분해’ 들어갔다고 모두 친환경 플라스틱 아니다〉, 《한겨레》, 2022-02-18
같이 보기
