재활용해도 내구성 강한 결합체로 개발
플라스틱의 화학구조를 바꾸어 재활용과 수익성 두 마리 토끼를 모두 잡은 '업사이클링' 기술이 개발됐다.
미국 노스캐롤라이나대학(UNC) 연구팀은 플라스틱을 분해해 기존보다 더 강하고 단단하며 반복 재활용이 수월한 신소재로 개발하는데 성공했다고 7일(현지시간) 사이언스데일리가 발표했다.
연구팀은 플라스틱수지(polymer)에서 흔히 나타나는 탄소-수소 결합을 바꿈으로서, 수지의 수명을 일회용 이상으로 확장했다. 새로운 시약으로 수지 화합물에서 수소원자를 제거해 새로운 결합체를 만들어낸 것이다.
플라스틱 재활용을 가장 어렵게 만드는 요인은 플라스틱의 화학적 성질이다. 탄소-수소 결합은 자연에서 가장 강력한 화학결합 중 하나로, 그 안정성은 천연물을 의약품으로 가공하는 일을 어렵게 하고 플라스틱 재활용을 어렵게 만든다.
2020년 연구에 따르면 미국 기준 플라스틱 쓰레기 재활용률은 고작 9%다. 현대인이 사용하는 플라스틱 물병, 그릇 및 컵은 거의 재활용되지 않는 실정이다. 녹일 수 있는 열가소성 플라스틱도 재사용할 때마다 내구성이 약해진다. 이런 고질적인 문제가 플라스틱 재활용에 있어 큰 경제적 장벽으로 자리잡고 있는 것이다.
재활용되더라도 대부분의 플라스틱은 카펫이나 폴리에스터 의류와 같이 품질이 낮은 제품으로 '다운사이클링'되며, 이마저도 결국 쓰레기 매립지로 향한다. 바다에 버려진 플라스틱은 거북이 먹이로 착각해 삼키는 등 해양생물을 위험에 빠뜨린다.
프랭크 라이프파스 UNC예술과학대학 화학과 조교수가 이끄는 연구팀은 이러한 플라스틱 쓰레기를 새로운 분자와 물질의 자원으로 관점을 전환한 것이 연구의 핵심이라고 밝혔다. 연구팀은 더 스마트하고 기능적이며 지속가능한 폴리머를 설계하는 데 중점을 두고 재활용하기 어려운 플라스틱 폐기물을 고가의 폴리머로 변환할 방안을 구상했다.
연구팀은 운송포장에 사용되는 스티로폼부터 연구했다. 스티로폼은 폴리올레핀이라는 저밀도 플라스틱으로 만들어진다. 연구팀은 이 폴리올레핀에서 수소원자를 선택적으로 뽑아내, 일회용 플라스틱의 수명을 아이오노머(Ionomer) 수지로 확장하는 방법을 고안했다. 아이오노머는 촉감이 부드럽고 충격 및 화학물질에 강해 다양한 식품포장에 사용되는 고부가 플라스틱 수지다.
라이프파스 교수는 "화학물질을 폴리머에 반복 적용해 계속 재활용할 수 있다면 플라스틱을 바라보는 시각을 바꿀 수 있을 것"이라며 "이 방법이 플라스틱을 재활용하여 말 그대로 쓰레기를 보물로 만들 수 있기를 바란다"고 했다.
이번 연구결과는 사이언스지에 게재됐다.
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