생분해되는 차세대 미네랄 플라스틱

생분해되는 차세대 미네랄 플라스틱

아이러니 하게도 인간의 삶을 위해 삼림을 파괴하는 것을 막고자 개발된 플라스틱(1855년 Alexander Parkes 발명)은 20세기 후반부터 많은 환경문제를 야기하고 있습니다.

많은 분야에서 플라스틱이 사용되고 있어 현대의 인류에게 플라스틱은 없어서는 안되는 물질이지만, 유독성 물질을 통한 생산부터 500년 이상 걸리는 분해기간은 해결하여야 할 당면과제입니다.

때문에 많은 과학자들이 친환경 물질을 통해 생산하는 바이오플라스틱을 연구하고 있고, 여기에 2016년 독일에서 발표한 미네랄 플라스틱에 대해 요약하고자 합니다.

 

목차

생분해 되는 차세대 미네랄 플라스틱

1세대 미네랄 플라스틱

차세대 미네랄 플라스틱

 

1세대 미네랄 플라스틱

2016년 독일 콘스탄즈(Konstanz)대학의 화학자인 Helmut Colfen과 연구팀은 미네랄 플라스틱(mineral plastic)을 발표했습니다. 일반 플라스틱보다 더 단단하고 불에 타지 않으며 자가 치유 특성을 가지고 있었습니다. 유독성 화학 물질이 필요없는 상온의 물에서 생산할 수 있기 때문에 에너지 효율적인 생산을 할 수 있었습니다. 굳기 전까지는 마치 껌과 같이 원하는 방식으로 원하는 모형으로 성형할 수 있고, 물을 추가하면 언제든지 말랑한 형태로 다시 전환할 수 있으며, 원하는 만큼 재활용이 가능한 물질이었습니다. 당시 많은 과학자들의 관심을 받았습니다. 그럼에도 불구하고 1대세 미네랄 플라스틱의 최대 단점은 기존 플라스틱과 마찬가지로 생분해되지 않는다는 것이었습니다.

2016년 발표한 1세대 미네랄 플라스틱

 

차세대 미네랄 플라스틱

2016년에는 석유화학성분인 폴리아크릴산(polyacrylic acid)을 사용하여 미네랄 플라스틱을 생산했습니다. 화학적으로 폴리아크릴산은 폴리에틸렌과 동일한 백본을 가지고 있으며, 거의 생분해되지 않기 때문에 환경 문제를 발생시킬 것으로 예상되었습니다. Colfen과 연구팀은 원래 재료의 특성을 유지하면서 친환경적인 미네랄 플라스틱을 개발하기 위해 계속 연구하였습니다.

 

2023년 Small Methods저널(잡지)을 통해 이들은 차세대 미네랄 플라스틱을 소개하였습니다. 차세대 미네랄 플라스틱은 폴리아크릴산과 같은 석유 기반 성분 대신 폴리글루탐산(polyglutamic acid)을 사용하여 개발하였습니다. 미생물을 사용하여 대량으로 생산이 가능한 천연재료를 통해 미네랄 플라스틱을 생산할 수 있고, 다양한 미생물이 폴리글루탐산을 분해할 수 있어, 미네랄 플라스틱도 생분해가 가능해집니다.

실제로 생분해 실험을 한 결과, 삼림 토양에서 발견되는 미생물이 며칠만에 미네랄 플라스틱에 대한 대사를 시작하였고, 32일만에 미생물이 플라스틱을 완전히 분해하였습니다.

PGlu/Ca 미네랄 플라스틱의 특성. a) PGlu/Ca 미네랄 플라스틱(MP)의 연신성. b) 건조 PGlu/Ca. c) PGlu/Ca는 라이터를 열원으로 사용하여 태웠습니다(비디오 S1, 지원 정보 참조). d) 굵은 검은색 선은 PGlu 백본에 해당하고, 분홍색 구체는 음전하를 띤 카르복실 그룹을 상징하고, 파란색 구체는 Ca(II) 이온을, 주황색 구체는 Fe(III) 이온을 상징하는 MP의 다른 상호 작용입니다. 파선은 동적 쿨롱 상호 작용을 나타냅니다. e) 분홍색과 파란색으로 염색된 MP를 사용한 자가 치유 실험(또한 비디오 S2, 지원 정보 참조). f) 폴리글루탐산(PGlu)의 구조적 표현. g) 동결 건조된 PGlu/Ca의 SEM 이미지(삽입된 부분이 확대된 단면을 나타냄); 눈금 막대가 표시됩니다.