환경오염 적고 분해기간 짧은 생분해성 플라스틱, 전분·게껍데기 등 천연고분자나 화학합성 고분자로 만들어

과학 이야기
과학과 놀자 (55) 자연 친화 생분해성 플라스틱

CJ제일제당이 친환경 소재인 PHA(폴리하이드록시알카노에이트)로 만든 각종 생분해성 플라스틱 제품. CJ제일제당 제공

세계 인구는 현재 약 77억 명으로 추정된다. 한국은 국토가 작지만, 인구는 약 5000만 명으로 면적 대비 인구밀집도가 다른 나라보다 높은 편이다. 유럽 플라스틱·고무 생산자 협회인 유로맵(EUROMAP)에서 2016년 발표한 '세계 63개국의 포장용 플라스틱 생산량 및 소비량 조사' 자료에 따르면 한국의 1인당 플라스틱 소비량은 연간 약 132.7㎏으로 1인당 배출하는 플라스틱 양이 세계에서 세 번째로 많다고 알려져 있다.

이를 기준으로 계산하면 우리 국민이 연간 배출하는 폐플라스틱양은 663만5000t이다. 이는 사업장에서 폐기되는 폐플라스틱을 제외한 양이다. 또한 환경단체 그린피스의 발표에 따르면 한국인이 연간 사용하는 플라스틱 컵을 모두 쌓으면 지구에서 달에 닿을 정도라고 한다. 우리 삶에서의 플라스틱 문제플라스틱은 C-H(탄소와 수소)로 이뤄진 분자들이 사슬 구조로 결합된 화학결합물을 주요 성분으로 하는 물질이다. 가볍고 단단하며 가공이 편리해 우리 삶의 다양한 부분에 사용되고 있다. 많이 쓰이지만 일반인이 인식하지 못하는 분야로 건물 안의 수도 배관, 아크릴 액자, 플라스틱 서랍장 등이 있다. 코로나19 사태 이후 포장용기 사용 증가로 플라스틱 폐기물이 급증하면서 심각한 사회문제로 떠올랐고, 이를 해결하기 위해 환경부는 생활 속 플라스틱 사용을 줄이는 ‘고고 챌린지’ 캠페인을 벌이고 있다. 많은 국민이 플라스틱 폐기물이 환경에 미치는 영향이 심각하다는 것을 알고, 환경적으로 안전하게 처리되지 않는다고 생각한다. 하지만 실생활에 밀접한 용품이기에 대체재가 존재하지 않는 한 바꾸기 어려운 실정이다. 또한 국내 플라스틱 폐기물의 70% 이상이 사업장에서 발생해 플라스틱 용품을 대체재로 변경하기가 쉽지가 않다. 폐플라스틱 처리의 어려움플라스틱 용품은 화학 분자들이 사슬 구조로 결합된 화합물이어서 잘 분해되지 않아 처리가 어렵다. 일반적으로 플라스틱 용품이 자연적으로 분해되려면 적어도 500년이라는 시간이 필요하다. 세계적으로 연간 50억t으로 추산되는 플라스틱 폐기물을 매립하거나 소각으로 처리한다면 심각한 환경문제 및 국토 오염이라는 큰 부작용이 뒤따른다. 2010년대부터 폐기된 플라스틱을 재활용하는 물질 회수 방법을 많이 연구하고 있고, 최근에는 화학적으로 분해해 에너지 연료로 사용하는 방법도 연구 중이다. 그러나 물질 회수 방법은 플라스틱에 포함된 첨가제와 불순물 때문에 동일한 성능을 지닌 새로운 재활용 플라스틱으로 가공하기 어려워 결국 소각 또는 매립을 택할 수밖에 없는 상황이다. 또 화학 분해 방법은 폐플라스틱을 이용해 원료를 생산하는 비용과 비교하면 초기 투자금과 유지·관리 비용이 너무 높아 에너지원료로 사용하기엔 적절하지 못하다고 판단된다. 결과적으로 완벽하게 폐플라스틱을 처리할 방법이 없는 것으로 보인다. 게다가 폐플라스틱 처리 시 제대로 분해하기 힘들기에 눈에 보이지 않는, 머리카락보다 얇고 작은 크기의 미세 플라스틱이 발생한다. 미세 플라스틱은 인체 모든 기관에 흡수될 수 있고 혈액의 뇌 장벽 및 태아와 산모를 연결해주는 가장 중요한 태반의 장벽도 통과하는 등 인체에 큰 문제가 돼 사용에 신중을 기할 필요가 있다. 생분해성 플라스틱 연구 활발

한국바스프가 생분해성 플라스틱 원료로 만든 비닐 봉투. 한국바스프 제공

폐플라스틱은 우리가 사는 지구에 지속적으로 악영향을 끼칠 수밖에 없는 탓에 플라스틱이 자연 친화적으로 분해 또는 처리되는 방식에 대한 연구가 시작됐다. 이를 생분해성 플라스틱(biodegradable plastic)이라고 한다. 생분해성 플라스틱은 지구 환경에 악영향을 끼치지 않으면서 지속가능하고, 재이용할 수 있고, 자연 친화적으로 분해되는 플라스틱 소재를 말한다. 생분해성 플라스틱은 초기엔 기존의 고분자 형태의 화합물에 전분 같은 생분해성 소재를 섞어 제조하는 방식으로 연구됐다.

하지만 이는 결과적으로 자연분해되는 데 필요한 시간이 기존 방식보다 조금 줄어들 뿐이어서 적절한 방법이 아니다. 생분해성 플라스틱을 만드는 소재는 천연 고분자를 원료로 한 것으로 전분, 새우와 게 등의 껍데기에 있는 키토산 등을 가수분해해 사용한다. 천연 고분자와 달리 미생물이 만들어내는 바이오폴리머(biopolymer)를 활용하는 방법으로 생합성 고분자와 아미노산, 당 등을 원료로 하는 화학적 합성 고분자도 있다. 세계적으로 생분해성 플라스틱 상용화에 관한 연구가 많이 이뤄지고 있다. 주로 화학 계열사와 음식료 업체가 주도한다. 국내에서는 CJ제일제당, 삼양사, 코오롱인더스트리, LG화학, SKC 등의 대기업 및 중견기업 위주로 연구 중이며 조만간 상업화가 가능할 것으로 보인다. 이렇게 다양한 업체에서 개발하고 있는 생분해성 플라스틱은 생분해되는 기간이 짧아야 하고, 생분해되더라도 토양이나 지하수에 악영향을 끼치지 않는지 확인해야 한다. 또 생분해된 뒤에 어떻게 폐기할지도 고민할 필요가 있다.

생분해성 재료를 이용해 플라스틱을 개발하면 다른 새로운 대체재로 변경하지 않고도 소재만 바꿔 이전부터 쓰던 일회용 플라스틱과 똑같이 사용 가능해 사람들이 거부감을 갖지 않는다는 장점이 있다. 생분해성 플라스틱은 지구 환경오염 가운데 큰 부분을 차지하는 기후위기를 해결할 수도 있을 것이다. √ 기억해주세요

우윤철 한국건설기술연구원 수석연구원

생분해성 플라스틱(biodegradable plastic)은 지구 환경에 악영향을 끼치지 않으면서 지속가능하고, 재이용할 수 있으며, 자연 친화적으로 분해되는 플라스틱 소재를 말한다. 생분해성 플라스틱을 생산하기 위한 소재는 전분, 새우와 게 등의 껍데기에 있는 키토산 등 천연 고분자를 원료로 한 것과 미생물이 만들어내는 바이오폴리머(biopolymer)를 활용하는 화학적 합성 고분자를 원료로 한 것이 있다. 생분해성 재료를 이용하면 플라스틱의 장점을 누리면서도 환경오염을 줄일 수 있다.