| 초록 |
1. 서론 슬롯 꽁 머니 소재는 다양하면서도 우수한 기능 및 저렴한 가격으로 현대의 풍요로운 인류 생활과 산업 발전에 크게 이바지해왔다. 하지만 매립에 따른 환경호르몬 침출, 중간 분해 단계에서 생성되는 미세슬롯 꽁 머니(microplastic), 대량 슬롯 꽁 머니 폐기물의 소각에 따른, 맹독성의 다이옥신(dioxine), 휘발성유기화합물(volatile organic compound, VOC) 같은 대기오염 물질, CO 2 같은 온실가스의 배출 등과 같은 심각한 환경오염을 초래하고 있다. 이러한 슬롯 꽁 머니 폐기물 문제는 모두, 잘 썩지 않고 반영구적이라는 슬롯 꽁 머니 개발 초기의 장점이 환경오염이라는 부메랑이 되어 우리에게 되돌아오고 있는 데에 기인한다. 이러한 문제를 해결하기 위해, 세계 각국은 여러 환경규제를 강화하고 있다. 독일, 이탈리아, 미국 등 각 선진국은 쇼핑백, 슬롯 꽁 머니병에 분해성슬롯 꽁 머니을 사용을 의무화하는 등 친환경 슬롯 꽁 머니의 광범위한 실용화가 활발히 진행되고 있다. 우리나라도 최종 분해까지 300~500년 정도 걸리는, 기존의 난분해성슬롯 꽁 머니 제품에 부과되는 폐기물 부담금을 인상하는 정책을 마련하고 있어서, 친환경 슬롯 꽁 머니 제품으로의 사용을 유도하고 있다. 폐기물 부담금 인상 등의 이러한 환경규제는 슬롯 꽁 머니 산업의 성장에 장애로 작용하고 있으며, 이에 따라 세계 각국은 인체에 무해하고, 재활용이 용이하면서도, 가격경쟁력과 기존 슬롯 꽁 머니의 이로운 물성을 유지하는 원료 및 제품 개발에 총력을 기울이고 있다. 생체분해성슬롯 꽁 머니 시장은 연평균 8.3%씩 성장하여 2020년에 세계 시장은 3.4억 달러, 국내 시장은 188억 원 규모의 시장을 형성할 전망이며, 세계 시장 중 아시아, 특히 인도와 중국 시장의 비약적 성장이 전망된다. 이러한 맥락에서, 본고에서는 환경친화적인 바이오매스를 기반으로 하는 슬롯 꽁 머니과, 생분해성슬롯 꽁 머니 같은 친환경적인 슬롯 꽁 머니 대체 소재에 대한 정의, 종류, 특성, 응용 분야 등을 알아보고자 한다. 2. 바이오슬롯 꽁 머니 ‘바이오매스(biomass)’는 생명(bio)과 덩어리(mass)를 결합한 용어로서, 여기서는 ‘양적 생물자원’을 의미한다. 일반적으로, 대기 중의 이산화탄소가 광합성에 의해 고정된 형태의, 사탕수수, 옥수수 같은 식물자원, 미생물 대사 생성물, 그리고 클로렐라(chlorella), 스피루리나(spirurina) 같은 미생물 및 해조류를 총칭한다. 참고로, 바이오매스의 사전적 의미는, 앞의 정의와는 조금 다르게, 화학적에너지로 사용 가능한 식물, 동물, 미생물 등의 생물체, 즉 바이오에너지로서의 에너지원을 의미한다. 전 세계적으로 1년간 생산되는 바이오매스의 양은 석유의 전체 매장량과 맞먹는 막대한 양이며, 실질적으로 고갈될 염려가 없어서 무한 자원으로 간주되기도 한다. ‘바이오슬롯 꽁 머니(bioplastic)’은, 통일된 기준의 정의가 있는 것은 아니지만 European bioplastic에 의하면, 바이오매스로부터 유래된(de-rived) 슬롯 꽁 머니, 즉 ‘바이오 기반 슬롯 꽁 머니(bio-based plastic)’과 생분해성(biodegradable)슬롯 꽁 머니을 의미한다. 여기서 생분해성슬롯 꽁 머니은, 미생물에 의한 분해작용에 의해 수개월 내지 수년 이내에 물, 이산화탄소, 메탄가스 등으로 완전 분해되는 슬롯 꽁 머니을 말한다. 또한 바이오 기반 슬롯 꽁 머니은 생분해성일 수도 있고, 아닐 수도 있다. 이에 따라 전체 슬롯 꽁 머니은 그림 1과 같이 분류할 수 있다. 여기서 색상이 있는 부분이 바이오슬롯 꽁 머니 영역이며, 1사분면은 바이오 기반 슬롯 꽁 머니이면서 생분해성인 경우의 바이오슬롯 꽁 머니이다. 또한 2사분면은 바이오 기반 슬롯 꽁 머니이면서 생분해성이 아닌 경우인데, 예를 들면 바이오 기반 PET(polyethylene glycol terephthalate)가 있을 수 있다. 바이오 기반 PET는 석유 기반 PET와 동일한 화합물이지만 기존 슬롯 꽁 머니이 아니라 바이오슬롯 꽁 머니으로 분류되는데, 이는 ‘탄소중립(carbon neutral)’ 개념으로 설명될 수 있다. 탄소중립이란 개념은 성장기에 물, 이산화탄소, 태양광을 이용하여 엽록체에서 광합성작용을 통해 이산화탄소를 소비하고, 폐기되어 자연에서 분해될 때 성장기에 흡수한 정도의 이산화탄소만을 발생시켜 지구상의 이산화탄소 총량을 증가시키지 않는 개념이다. 따라서 바이오 기반 PET는 석유 기반 PET와 달리 탄소중립이 성립하여서, 친환경 슬롯 꽁 머니으로 간주되고 바이오슬롯 꽁 머니 범주에 포함되게 된다. 또한 이러한 바이오 기반 PET는 100% 바이오매스 기반일 필요는 없다. 예를 들면, 바이오 기반 MEG(monoethylene glycol)와 석유 기반 PTA(purified terephthalic acid)의 혼합물로 바이오 기반 PET를 구성할 수 있다. ※ PE: polyethylene, PP: polypropylene, PBAT: polybutylene adipate terephthalate, PTT: polytrimethylene terephthalate. 그림 1. 바이오 기반과 생분해성 유무에 따른 슬롯 꽁 머니의 분류 (참고문헌 9) 2.1. 생분해성슬롯 꽁 머니 생분해성슬롯 꽁 머니은 재활용이 가능하고, 매립 시 분해가 가능하며, 소각 시 다이옥신 같은 유해물질 배출이 없는 한편, 열량은 4,000~7,000 kal/kg이다. 이는 기존 슬롯 꽁 머니에 비하면, 현저히 발열량이 낮고 소각로를 손상시키는 리스크도 더 감소시킨다. 참고로 기존 슬롯 꽁 머니은, 가장 연소 열량이 적은 폴리에틸렌도 11,000 kcal/kg의 열을 발생한다. 생분해성슬롯 꽁 머니은 바이오매스의 전처리, 당화과정을 거쳐 당을 제조하고, 당의 발효과정을 통해 산업상 사용이 용이한 고분자 단량체(monomer)를 생산한 후, 이 단량체를 중합하거나 석유화학 유래물질과 혼합하여 슬롯 꽁 머니을 제조하는 두 종류가 있다. 대표적인 생분해성슬롯 꽁 머니인 PLA(polylactic acid)는 전분을 당화, 발효시켜 젖산(lactic acid)을 만들고, 이를 중합하여 제조하고 있다. 슬롯 꽁 머니의 원재료에 따라 생분해성슬롯 꽁 머니을 분류하면, (1) 생분해성 천연 고분자인 셀룰로오스(cellulose), 헤미셀룰로오스(hemicellulose), 펙틴(pectin), 리그닌(lignin), 전분 등 식물에서 유래하는 것으로 PLA, TPS(thermoplastic starch) 등과 새우, 게 등의 껍질에 함유된 키틴(chitin)질을 원재료로 한 동물 유래의 것들이 있으며, 미생물 생산 고분자(microbial bio-polymer)인 PHA(poly hydroxyalkanoate), PHB(poly-β-hydroxybutyrate), PHV(poly-β-hydroxyvalerate), 그리고 이들의 공중합체(copolymer)인 PHB/PHV 등의 poly-alkanoates가 있다. 또한 바이오매스 유래 단량체를 화학합성하여 얻는 생분해성슬롯 꽁 머니에는 지방족폴리에스테르(polyester), PCL(poly-caprolactone), PGA (polyglycolic acid) 등이 있으며, 이는 미생물 생산 고분자에 비해 생산이 용이하고 기존 슬롯 꽁 머니과 물성 및 응용 분야가 유사하므로 개발 시 시장진입 장벽이 낮아서, 상업화 가능성이 다른 생분해성슬롯 꽁 머니보다 높다. 이러한 바이오매스 유래 단량체 중합형 슬롯 꽁 머니은 석유계 슬롯 꽁 머니과 생산공정이 유사하여 기존 슬롯 꽁 머니 생산기술을 그대로 활용할 수 있으므로, 많은 화학기업 및 바이오 관련 기업에서 연구 및 개발이 활발히 진행되고 있다. 한편, 생분해성슬롯 꽁 머니 중에서, 산화생분해성(oxo-biodegradable) 슬롯 꽁 머니은 기존 슬롯 꽁 머니에 바이오매스, 산화생분해제, 상용화제, 생분해 촉진제를 첨가하여 제조하며, 열, 빛, 미생물, 효소, 화학반응 등의 복합적 작용에 분해가 촉진되어서, 완전분해까지 분해 기간을 1~5년으로 단축하는 신개념의 생분해성슬롯 꽁 머니이다. 이러한 산화생분해성슬롯 꽁 머니은 고가인 기존 생분해슬롯 꽁 머니의 제품 응용성 및 생산성 저하 문제, 광분해 제품의 최종 생분해가 어려운 점 등의 단점을 보완할 수 있고, 기존의 생산설비를 그대로 사용하여 장치비 부담이 적으며, 기존 슬롯 꽁 머니과 유사한 물성, 저렴한 제조 |
