top of page
33.jpg
55.jpg

KAIST부설 한국과학영재학교 온라인 과학매거진 코스모스

  • 블랙 페이스 북 아이콘
  • 블랙 인스 타 그램 아이콘

지속가능한 세상을 만들기 위한 플라스틱의 변신

들어가면서..

바다거북의 목에 감긴 그물, 죽은 새의 배에서 쏟아져나오는 플라스틱 조각들과 같은 사진을 각종 매체로부터 자주 접합니다. 전세계 어딜 가도 플라스틱을 사용하지 않는 곳이 없을 정도로 플라스틱이 널리 사용됩니다. 플라스틱은 다른 재료에 비해 만들기 쉽고 가벼우며, 다양한 재료구성을 통해 튼튼한 제품을 만들 수 있을 뿐만 아닐, 제작비용이 낮고 공정발달로 고품질 제품을 만들 수 있다는 장점이 있습니다. 그리고 이제 넘쳐나는 플라스틱 때문에 전세계가 지속가능하지 않다는 문제에 직면하였습니다(그림 1)[1].


플라스틱이 바다로 유입되는 과정 모식도

전세계의 플라스틱 의존도는 매년 증가하고 있습니다. 2019년에는 전 세계 플라스틱 생산량이 3.6억 톤에 달했으며, 이 중 36%가 포장재로 사용되었습니다[2]. 플라스틱은 저렴하고 가볍고 내구성이 뛰어나기 때문에 다양한 산업에서 활용되고 있습니다. 특히, 식품, 의료, 자동차, 건설, 전자 등의 분야에서 플라스틱의 수요가 높습니다.[3]

전세계적으로 플라스틱으로 인한 오염은 심각한 상태에 있습니다. 플라스틱 사용량이 증가함에 따라 환경 속의 오염 물질 수도 증가하고 있으며, 플라스틱 입자 및 기타 플라스틱 기반 오염 물질들이 환경과 식품 사슬에서 발견되어 인간의 건강에 위협이 되고 있습니다. 이러한 문제를 해결하기 위해 최근 생분해성 플라스틱(Biodegradable plastics)에 대한 연구가 활발하게 일어나고 있습니다. 생분해성 플라스틱은 더 지속 가능하고 더 적은 환경적 발자국을 가진 녹색 세계를 만드는 데 중점을 두고 있습니다.

생분해성 플라스틱은 전통적인 플라스틱과 유사한 특성을 가지면서도 적절한 폐기물 관리가 포함될 경우 환경에 대한 영향을 최소화하는 추가적인 이점을 제공합니다.[4] 이러한 플라스틱은 자연적으로 무독성 성분으로 감소되며, 특히 산업용 퇴비화 위치에서 매우 빠르게 분해됩니다. 생분해성 플라스틱의 채택은 매립지 부지의 감소와 플라스틱 오염을 줄이는 데 도움이 될 수 있으며, 사용 과정에서 온실가스 배출을 감소시킬 수 있습니다. 또한, 생분해성 플라스틱은 또한 재생 가능한 자원 또는 재생 가능한 물질에서 합성될 수 있으며, 이는 석유 공급에 대한 전체 의존도를 줄이고 대기 중으로의 탄소 배출을 줄일 수 있습니다. 특히 PLA와 PHA와 같은 생분해성 플라스틱은 재생 가능하고 환경 친화적인 대안으로 간주되며, 이는 화석 연료 사용을 줄이는 데 기여할 수 있습니다.

생분해성이니 가장 중요한 요소인 분해의 특징을 살펴볼까요? 생분해성 플라스틱은 적절한 습도, 산소, 그리고 충분한 수의 미생물이 존재하는 경우, 자연적인 매립지나 퇴비에서 20-45일 이내에 이산화탄소(CO2)와 물(H2O)로 분해될 수 있습니다. 이는 전통적인 플라스틱이 수백 년에서 수천 년까지 지속될 수 있는 것과 비교할 때 매우 빠른 분해 시간입니다. 획기적이라 할 수 있는 분해 시간은 생분해성 플라스틱의 활용도의 가장 중요한 특징이라 할 수 있습니다.


생분해성 플라스틱으로 제작한 병이 분해되는 과정
생분해성 플라스틱의 효용성과 연구 트렌드

생분해성 플라스틱은 옥수수 전분, 식물성 기름, 톱밥, 짚 등과 같은 재생 가능한 생물학적 원료를 사용하여 생산됩니다. 현재 생분해성 플라스틱은 전 세계 플라스틱 생산량의 약 1%를 차지하고 있으며, 점점 더 정교하고 다양해지면서 이 비율은 증가할 것으로 예상됩니다. 그만큼 효용성이 있으니 사용률이 올라가겠지요. 생분해성 플라스틱은 미생물의 활동에 의해 쉽게 분해되며, 이러한 플라스틱은 비분해성 플라스틱을 대체하여 매립지 부족과 플라스틱 오염의 스트레스를 최소화할 수 있습니다. 이것이 생분해성 플라스틱의 가장 중요한 효용성입니다. 즉, 기존의 플라스틱이 갖고 있는 분해가 어렵다는 단점을 극복한 점입니다. 또한, 앞서 설명한 기존 플라스틱의 원료인 화석연료의 활용, 그리고 폐기 문제에서도 효용성이 있습니다. 생분해성 플라스틱의 사용은 사용 과정에서 온실가스 배출을 줄일 수 있으며, 폐기된 후에는 생분해성 플라스틱이 산업용 퇴비화 장소에서 무독성 구성 요소로 자연스럽게 감소됩니다.

전세계적으로 생분해성 플라스틱에 대한 연구는 지속적으로 증가하는 추세를 보이고 있습니다. 1990년대부터 연구가 시작되어 2014년까지는 꾸준히 증가하다가 그 이후로는 급격한 증가세를 보이고 있습니다. 이는 생분해성 플라스틱에 대한 학계 및 산업계의 관심이 크게 증가하고 있음을 나타냅니다.[4]

주요 국가별 연구 동향을 살펴보면, 미국이 567편의 논문으로 가장 많은 연구를 발표했으며, 중국이 437편으로 그 뒤를 이었습니다. 일본과 인도도 각각 340편, 275편의 논문을 발표하여 상위권에 위치하고 있습니다. 말레이시아는 119편의 논문을 발표하여 10위를 차지했습니다. 이러한 데이터는 아시아, 북미, 유럽이 생분해성 플라스틱 연구에서 주도적인 역할을 하고 있음을 보여줍니다.

연구 분야별로는 재료 과학이 16%, 환경 과학과 화학이 각각 12%, 화학 공학이 11%로 대부분의 논문을 발표했습니다. 이는 생분해성 플라스틱이 환경 파괴 문제와 밀접하게 연관되어 있으며, 다양한 학문 분야에서 중요하게 다루어지고 있음을 시사합니다. 이러한 연구 추세는 생분해성 플라스틱이 환경 지속 가능성을 증진시키는 데 중요한 역할을 할 수 있음을 보여주며, 전 세계적으로 이 분야에 대한 관심과 연구가 확대되고 있음을 나타냅니다.

지역

점유율

주요 내용

기타 특징

아시아 태평양

45%

중국, 인도, 태국, 인도네시아 등이 주요 생산자 및 소비자. 포장, 농업, 의료, 소비재 분야에서 수요 증가.

중국은 바이오 분해성 플라스틱 산업 성장을 위한 정부 정책과 규제 강화 중.[5]

유럽

29%

이탈리아, 프랑스, 독일, 영국 등이 혁신과 개발 선도. 환경 보호와 지속 가능성에 대한 인식 증가.

유럽연합은 일회용 플라스틱 사용 금지 및 바이오 플라스틱 표준화와 인증 촉진 중.[6]

북미

18%

미국, 캐나다, 멕시코 등이 주요 생산자 및 소비자. 포장, 자동차, 건설, 전자 분야에서 수요 증가.

미국은 바이오 플라스틱 R&D에 투자 중이며, 캘리포니아, 뉴욕, 워싱턴 등의 주에서 사용 장려 중.[7]

수소에너지가 사용되는 곳은 점점 다양해지고 있습니다. 가장 대표적인 것이 수소연료전지를 이용한 자동차입니다. 화석연료 대신 수소를 충전해서 운행하는 자동차들은 연료로 주입한 수소와 대기중 산소를 반응시켜 전기를 만들고, 부산물로 배기가스가 아닌 물을 생성합니다. 수소연료로 만들어진 전기는 우리가 잘 아는 전기자동차처럼 구동모터를 작동시킵니다. 아직까지는 수소충전소가 적어서 수소연료전지 자동차가 보편화되지 않았지만, 이 문제는 시간이 해결해 줄 것이라 생각됩니다. 장기적으로 비행기나 각종 대량운송에서 수소연료를 활용하는 것이 가능해질 것으로 예상되어, 지구온난화의 가장 골치 아픈 “운송수단의 통제되지 않은 화석연료 사용량”을 점차 감소시켜 지구온난화 극복의 첨병 역할을 할 것이라 기대됩니다.


생분해성 플라스틱이 지향하는 지속가능한 미래

최근 지속가능한 발전을 이야기할 때 빠지지 않는 단어가 있습니다. 바로 Environmental, Social, Governance를 줄여서 부르는 ESG입니다. 환경에 해를 끼치지 않고 자연적으로 분해되는 생분해성 플라스틱은 자연환경의 보전과 관리, 사회적 가치 창출, 기업이나 조직의 경영마인드 변화에 긍정적일 것이라 생각됩니다.

•환경 측면(E): 생분해성 플라스틱은 석유 기반 플라스틱에 비해 탄소 배출량이 적고, 재생 가능한 자원으로부터 생산될 수 있습니다. 또한, 생분해성 플라스틱은 토양이나 해수에서 자연적으로 분해되므로, 마이크로 플라스틱 문제를 줄이고, 해양 생태계를 보호할 수 있습니다.[8] 따라서, 생분해성 플라스틱은 기후 변화와 해양 오염과 같은 환경 문제에 대응하는 데 기여할 수 있습니다.

•사회 측면(S): 생분해성 플라스틱은 인간의 건강과 안전에도 유익합니다. 예를 들어, 생분해성 플라스틱은 의료 분야에서 치료제 전달, 조직 공학, 임플란트 등에 활용될 수 있습니다.[9] 또한, 생분해성 플라스틱은 농업 분야에서 퇴비나 멀치 필름으로 사용될 수 있어, 작물의 생산성과 품질을 향상시킬 수 있습니다.[9] 따라서, 생분해성 플라스틱은 인간의 삶의 질을 높이는 데 기여할 수 있습니다.

•지배구조 측면(G): 생분해성 플라스틱은 법적이고 윤리적인 책임을 갖는 기업이나 조직의 이미지를 강화할 수 있습니다. 예를 들어, 생분해성 플라스틱을 사용하거나 생산하는 기업이나 조직은 환경 보호와 사회적 가치를 추구하는 것으로 인식될 수 있습니다.[10] 또한, 생분해성 플라스틱은 국제적이고 국내적인 규제와 표준에 부합하는 것으로 평가될 수 있습니다. 따라서, 생분해성 플라스틱은 기업이나 조직의 신뢰성과 경쟁력을 높이는 데 기여할 수 있습니다.


마치면서…

  사람도 자연환경을 이용하는 여러 생물종 중의 하나로 보고, 우리가 만들어내는 각종 산업 부산물이 자연환경을 더 이상 훼손하지 않도록 하는 것이 매우 중요합니다. 기후변화 뿐만 아니라 생태계 훼손은 필연적으로 우리에게 악영향이 되돌아옵니다. 그렇기 때문에, 생분해성 플라스틱의 활용도를 높이고, 기술개발 속도를 가속화는 것이 무엇보다 중요합니다. 그리고 이와 같이 환경을 사랑하는 기술을 새롭게 개발할 수 있도록 과학적 접근을 강화하는 것이 필요합니다.

 

정성훈 학생기자 | Chemistry & Biology | 지식더하기

참고자료

[1] UNEP, 2023. Turning off the Tap: How the world can end plastic pollution and create a circular economy. (https://www.unep.org/)

[2] https://www.oecd-ilibrary.org/environment/global-plastics-outlook_de747aef-en

[3] https://www.oecd-ilibrary.org/environment/data/global-plastic-outlook_c0821f81-en

[4] Moshood, T. D., Nawanir, G., Mahmud, F., Mohamad, F., Ahmad, M. H., AbdulGhani, A., 2022. Sustainability of biodegradable plastics: New problem or solution to solve the global plastic pollution? Current Research in Green and Sustainable Chemistry, 5: 100273.

[5] https://thechinaproject.com/2022/06/27/the-rise-of-chinas-biodegradable-plastics-industry/

[6] https://www.statista.com/topics/8744/bioplastics-industry-worldwide/

[7] https://www.alliedmarketresearch.com/biodegradable-plastic-market

[8] https://link.springer.com/article/10.1007/s11356-020-11501-9

[9] https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-981-19-5743-7_15

[10] https://doi.org/10.3390/su13116170

첨부 이미지 출처

[1] https://www.weforum.org/agenda/2020/01/how-does-indonesia-deal-with-plastic-pollution/

[2] https://solenvn.com/en/biodegradable-plastics/

ⓒ KAIST부설 한국과학영재학교 온라인 과학매거진 KOSMOS

조회수 17회댓글 0개

최근 게시물

전체 보기
bottom of page