8주 만에 분해되는 ‘플라스틱 장섬유’

박태기나무 잎 속 천연효소로

미세 플라스틱 분해 반응 가속화…PET 대안

‘2021년도 3D 프린팅 산업 어워드’ 투표 후보 목록이 공개된 가운데 홍콩중문대학교Chinese University of Hong Kong) 연구진이 개발한 폴리머 기반 3D 프린팅 재료가 주목받고 있다.

식물 잎과 플라스틱 폐기물로 구성된 ‘플랜스틱 장섬유(Planstic’ filament)’는 엔트로피(entropy 자연물질이 변형된 이후 원래로 돌아갈 수 없는 현상)가 매우 높다. 또 폐기되면 분해 속도를 가속화하는 천연 효소를 끌어들이도록 설계됐다.

연구진은 8주면 토양에서 완전히 분해되어 미세 플라스틱 입자가 거의 남지 않아 잠재적으로 주류 PET에 대한 친환경 대안이 될 수 있다“고 강조했다. 생분해성 플라스틱의 주요 문제는 ‘생분해성’이라고 표시된 플라스틱 품목을 더 작은 조각으로만 분해할 수 있다는 것이다. 

연구진은 “이번 연구는 단순히 기존 플라스틱을 개선한 것이 아니라 효소 분해를 통해 이 문제를 해결하고. 미세 플라스틱의 분해 반응이 보다 효율적으로 일어나도록 분해를 가속화시키는데 중점을 두었다”고 설명했다.

또 “플라스틱은 2차 오염 처리 비용을 절감할 수 있으며, 일상생활에서 일반적으로 사용해 전 세계적으로 플라스틱 분해 문제를 해결할 수 있다”고 덧붙였다.

다용도성, 저렴한 가격, 내식성에도 불구하고 플라스틱은 분해되기까지 수천 년이 걸린다. 이는 폴리머 기반 제품이 일단 버려지면 환경에서 지속적인 오염물질이 된다는 것을 의미하며, 점점 더 인간의 식탁에 유입되는 독성 미세 플라스틱으로 분해될 때 특히 심각하다.

홍콩 중문대 연구진은 “분해 가능한 비닐봉투가 서양 슈퍼마켓에서 표준이 되고 있지만 이것이 원료와 제조 과정에서 소비되는 높은 에너지를 통해 여전히 2차 오염을 유발한다”고 지적했다.

마찬가지로 일회용 식품 포장 및 용기는 종종 생분해성 플라스틱으로 만들어졌다고 표시되어 있지만 실제로는 더 작은 조각으로만 쪼갤 수 있다. 그 결과, 많은 폴리머 제품은 여전히 마이크로플라스틱 문제는 현재 연간 3만9,000~5만2,000개의 폴리머 입자를 먹고 있는 셈이다.

이에 연구진은 천연 효소를 활용해 작은 폴리머 입자를 훨씬 더 효율적으로 분해하는 저가의 식물성 주입 플라스틱을 개발했다. ‘Planstic’으로 명명한 이 섬유는 Chembox에서 혼합, 가소화 및 인쇄를 가능하게 만든 붉은 새싹 잎과 PET을 조합해 만들었다. 혼용비율은 섬유 80%와 PET 20%다.

재료 제작 과저에서 연구진은 자연적으로 분해되기 쉬운 장섬유를 포함해 단기 성장주기를 가진 ‘박태기나무(Cercis chinensis·쌍떡잎식물 장미목 콩과의 낙엽관목으로 이른 봄 잎이 나기 전에 개화함)’의 잎을 통합하는 것이 가능하다는 것을 발견했다.

또한 교차점에서 이러한 섬유를 강화하면 장섬유 특성이 향상되는 반면 각 성분의 투여량은 에너지 손실을 최소화하도록 최적화될 수 있음을 발견했다.

연구진은 ‘Nanoscribe Photonic Professional GT2 3D 프린터’를 사용해 미세 구조에 이를 증착(일종의 코팅)했다. 그리고 이를 주사 전자현미경으로 확인해 본 결과, 3D 인쇄가 가능함은 물론 스트레스 테스트에서도 일반 비닐봉지보다 더 유연하지만 덜 강함을 입증했다. 또한 장섬유의 생분해성 평가 결과, 박태기나무 잎 기저 내의 효소가 큐틴과 같은 ‘분해하기 어려운 물질’을 분해한다는 사실을 발견했다.

한편 미국 매사추세츠공과대학교(MIT) 과학자들도 자체적으로 지속가능한 3D 인쇄가 가능한 생체재료를 생산하기 위한 수단으로 실험실에서 재배한 나무 세포로 눈을 돌렸다.

김성준 기자 tinnews@tinnews.co.kr

코리아패션뉴스닷컴

www.koreafashionnews.com