탄소 배출 줄이는 바이오 베이스 플라스틱 [우리가 몰랐던 과학 이야기]

출처=gbssmag.com

지난번 자연에서 100% 분해되는 생분해성 플라스틱에 대해 소개하면서 바이오매스 계열의 플라스틱을 잠시 언급했었는데요. 

오늘은 친환경 플라스틱 두번째 이야기로 바이오매스 기반 플라스틱, 즉 바이오 베이스 플라스틱에 대해 좀 더 자세히 알아보도록 하겠습니다. 

◆바이오 베이스 플라스틱이란? 

출처=플라스틱 커넥트(plastics connect)

사탕수수와 옥수수, 나무, 볏짚 등 바이오매스를 원료로 한 성분과 석유를 기반으로 한 성분을 중합한 것을 바이오 베이스 플라스틱이라고 합니다. 

바이오 베이스 플라스틱은 분해성 플라스틱과 달리 생분해가 되지는 않는데요. 다만 바이오 유래 자원을 상당부분 사용하기 때문에 기존 석유계 플라스틱을 만드는 과정에서 발생하는 이산화탄소에 비해 배출이 상대적으로 적어 친환경적이라는 장점을 지니고 있습니다. 

◆바이오매스란?

출처=유럽연합 집행위원회(European Commission)

바이오매스는 대기와 물, 토양, 태양 등 자연조건에서 광합성을 통해 형성된 유기물을 의미하는데요. 일반적으로 대기 중 이산화탄소가 광합성에 의해 고정된 사탕수수나 옥수수, 임산물 등 식물자원, 미생물 대사산물, 클로렐라(chlorella)나 스피룰리나(spirurina) 등 미생물 및 해조류가 포함됩니다. 

지구상에서 1년간 생산되는 바이오매스는 석유의 전체 매장량과 비슷한 수준으로, 적정하게 이용하면 고갈될 염려가 없어 무한자원으로 분류되기도 합니다. 

◆중합형 VS 결합형 바이오 베이스 플라스틱

출처=암코어(amcor)

바이오 베이스 플라스틱에는 먼저 사탕수수나 전분, 해조류 등의 식물체 바이오매스에서 당화과정을 거쳐 단량체를 생산하고 이를 중합하는 방식이 있습니다. 이렇게 ‘중합형 바이오 베이스 플라스틱’이 생산됩니다. 또 생분해 플라스틱 또는 식물체 바이오매스를 기존 난분해성 플라스틱과 결합하기도 하는데요. 이를 ‘결합형 바이오 베이스 플라스틱’이라 합니다.

결합형은 사탕수수나 소맥피(밀기울·밀에서 가루를 빼고 남은 찌꺼기), 쌀의 겉껍질인 왕겨 등 식물체를 갈아서 분말 형태 그대로 다른 고분자와 화학적으로 결합시키는 것이며. 중합형은 식물체를 완전히 단량체까지 분해해서 중합하는 것입니다. 분자량이 많아진 중합형 바이오 플라스틱은 결합형보다 물성이 훨씬 좋지만 가격이 비싸다는 단점이 있습니다. 

◆바이오 베이스 플라스틱의 적용분야

바이오(Bio) 베이스 플라스틱은 ‘Bio-PE(폴리에틸렌)’, ‘Bio-PP(폴리프로필렌)’, ‘Bio-PVC(폴리염화비닐)’, ‘Bio-PET(페트)’, ‘Bio-Nylon(나일론)’ 등이 있는데요. 석유화학 유래 원료가 아닌 사탕수수와 옥수수 등 식물체 바이오매스를 일부 또는 전부를 적용한 플라스틱입니다. 이들 제품의 특징은 분해기간이 정해져 있지 않아 난분해 플라스틱으로 분류됩니다. 

바이오 베이스 플라스틱은 석유계에 비해 내충격성과 내열성, 성형성 등이 떨어져 식품용기나 포장재 등 몇몇 제품에만 제한적으로 활용되지만, 연구가 거듭하면서 물성이 개량됨에 따라 자동차와 건축 내장재, 포장재, 식품용기, 생활용품, 사무기기 등 다양한 분야에 적용되고 있습니다. 

◆바이오 페트 ‘플랜트 보틀’

출처=베버리지 데일리(beverage daily)

코카콜라는 2009년 Bio PET 음료수 병인 ‘플랜트 보틀’(Plant Bottle)을 선보인 바 있는데요. 사탕수수에서 추출한 바이오매스 유래 원료인 MEG(Mono-Ethylene Glycol·모노에틸렌글리콜)가 30%, PTA(Purified Terephthalic Acid·고순도 테레프탈산) 70%로 혼합된 바이오 베이스 플라스틱병입니다. 

코카콜라에 따르면 플랜트 보틀 출시로 16만배럴의 석유를 덜 쓴 것과 같은 효과를 냈으며, 6만3025t의 이산화탄소 배출을 감소시켜 자동차 1만2000여대가 운행하지 않은 것과 같은 효과를 보였다고 합니다. 

◆바이오 베이스 플라스틱과 탄소 중립

출처=arlingtoncommunitychurchucc.org

현재 우리는 환경오염으로 인한 기후변화로 또 다른 위협에 처해 있는데요. 이를 벗어나기 위해 전 세계적으로 온실 가스의 배출량을 감축하려고 여러모로 노력하고 있습니다. 

그 노력 중 하나가 바로 ‘탄소 중립’(Carbon neutral)인데요. 탄소 중립이란 이산화탄소를 배출한 만큼 흡수하는 대책을 세워 실질적인 배출량을 ‘0’으로 만드는 것으로, 바이오 베이스 플라스틱은 바이오매스를 일부 또는 전부 적용해 이산화탄소 저감을 통한 지구 온난화 방지에 초점을 두고 있습니다. 

한화솔루션은 현재 바이오 베이스 합성 폴리머(중합체) 연구를 활발하게 진행하고 있는데요. 섬유 소재와 포장재뿐만 아니라 자동차, 전자제품의 소재로 사용할 수 있는 엔지니어링 플라스틱을 개발하고 있습니다. 

기존의 플라스틱이 생활의 편리함에 초점을 맞췄다면, 이제 화학은 지구 환경을 위해 발전하고 있습니다. 앞으로도 지속가능한 미래를 위한 한화솔루션의 연구활동에 많은 관심 부탁합니다.

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