플라스틱 오염의 대안, 생물 기반 플라스틱(Bioplastics)과 균사체(Mycelium) 재료의 미래

 

지구가 겪고 있는 플라스틱 오염 문제는 인류 공동의 과제 중 하나가 되었습니다. 특히 2023년에는 전 세계적으로 4억 톤이 넘는 플라스틱이 생산되었고, 그중 90% 이상이 화석 연료에서 유래했다고 합니다. 폐기물 관리 부실로 인해 이들 플라스틱은 자연환경에 오랫동안 잔존하며 심각한 피해를 유발하고 있습니다.

 

플라스틱 오염 문제를 해결하기 위한 지속 가능한 대안으로 떠오르고 있는 생물 기반 플라스틱(Bioplastics)과 생분해성 플라스틱(Biodegradable plastics)에 대한 내용 및 혁신적인 대체재로 제시된 균사체(Mycelium) 기반 재료에 대한 내용을 작성해봤습니다.

 

 

🌿 왜 기존 플라스틱은 문제인가?

• 플라스틱은 생산에서 폐기까지 엄청난 양의 온실가스를 발생시킵니다.
• 자연 분해가 거의 불가능하며, 미세 플라스틱으로 쪼개져 생태계에 침투합니다.
• 인체 유해 화학물질을 방출해 건강 문제까지 유발할 수 있습니다.

“정책介입 없이 방치된다면, 2040년까지 환경에 유입되는 플라스틱은 13억 톤에 이를 것이다.”
— Lau et al., 2020

 

 

☀️ 생물 기반 플라스틱과 생분해성 플라스틱의 차이

	생물 기반 플라스틱	생분해성 플라스틱
정의	식물 등 재생 가능한 자원에서 유래	자연환경에서 분해 가능
예시	Bio-PET, Bio-PE	PLA, PBS, PBAT
장점	화석 연료 의존 감소, 탄소 발자국 절감	퇴비화 가능, 포장재 안전성 향상
단점	높은 생산 비용, 강도·내열성 제한	산업적 조건 없이는 완전 분해 어려움

 

미국 스타트업 Plant Switch는 옥수수대, 콩 줄기, 밀짚 등 농산물 부산물을 활용하여 기존 플라스틱과 동일한 성능을 지닌 생분해성 재료를 개발했습니다. 가장 큰 장점은 기존 플라스틱 제조 공정과 호환된다는 점입니다. 별도의 생산 설비를 새로 갖출 필요 없이 기존 압출기, 사출 성형기를 그대로 사용할 수 있습니다.

 

 

🍄 균사체(Mycelium) 기반 재료

기존 플라스틱의 새로운 대체재로 칼슘 인산염 올리고머와 균사체 결합 물질이 등장하고 있습니다. 특히, 버섯의 균사체(Schizophyllum commune)를 이용한 살아있는 바이오플라스틱 소재는 완전 생분해성, 내인열성, 기능적 다용성을 화학적 처리 없이 달성하여 포장재나 생분해성 배터리, 유화제 등으로 활용될 잠재력을 가지고 있습니다. 이는 버섯이 자연적으로 생산하는 세포외 기질을 활용한 것으로, 시간이 지남에 따라 안정성이 향상되는 독특한 특성을 보입니다.

 

스위스 Empa 연구소의 과학자들이 환경에 대한 새로운 접근 방식을 활용하여 혁신적인 생분해성 소재를 개발했습니다. 이 소재는 플라스틱의 특성을 가지면서도 유연하고 생분해되며 심지어 먹을 수도 있다는 점에서 기존의 소재들과 차별화됩니다. 이 소재는 살아있는 섬유 분산체(LFD)라고 불리며, 갈라진 아가미 버섯( Schizophyllum commune )의 균사체 섬유를 가공하여 만들어졌습니다. 기존의 바이오 소재가 단순히 곰팡이 세포만을 활용하는 것과 달리, LFD는 곰팡이가 생성하는 추가적인 물질들을 최대한 활용합니다. 그 핵심 내용은 아래와 같습니다.

• "살아있는" 소재의 개발:
  LFD의 가장 독특한 특징은 소재 자체가 아직 살아있는 상태라는 점입니다. 연구팀은 버섯 균사체 섬유를 가공하는 과정에서 균사체의 생물학적 기능을 파괴하지 않았습니다.
• 기능성 물질의 활용: 
  LFD는 단순히 곰팡이 세포만을 활용하는 것이 아니라, 곰팡이가 생성하는 세포외 기질을 활용합니다.
• 핵심 분자의 역할:
  특정 갈라진 아가미 버섯 균주를 개발함으로써 연구팀은 다당류 스키조필란(schizophyllan)과 소수성 단백질(hydrophobin)이라는 두 가지 분자의 성장을 촉진할 수 있었습니다. 이 분자들은 LFD의 매력적인 특성을 부여하는 데 결정적인 역할을 합니다.
• 다양한 응용 가능성:
  LFD는 다양한 형태로 성형될 수 있으며, 여러 응용 분야에 잠재력을 가지고 있습니다.
• 고강도 박막:
  높은 인장 강도를 가진 얇은 필름으로 활용될 수 있습니다. 내용물과 함께 자연적으로 부패하는 퇴비 봉투나 초박형 생분해성 배터리에 사용될 수 있습니다.
• 유화제:
  서로 섞이지 않는 두 물질을 혼합하고 결합하는 유화제로 잘 작용합니다. 음식과 화장품 생산에 중요한 역할을 하며, 아이스크림부터 샴푸까지 다양한 제품에 사용됩니다.
• 무독성 및 식용:
  LFD는 식용 가능한 S. commune 버섯에서 유래했기 때문에 완전히 무독성이며 문제없이 먹을 수도 있습니다. 이는 음식 및 화장품 분야에서 큰 장점입니다.
• 지속적인 발전 가능성:
  연구팀은 이 접근 방식을 통해 특정 특성을 가진 소재를 생산하도록 조정할 수 있다고 생각하며, 주문형 소재 제조기와 같은 잠재적인 미래 연구 가능성을 제시합니다.
• 자연의 영감:
  이 연구는 자연을 모방하여 새로운 소재를 개발하는 최근의 추세를 따릅니다. 곰팡이 기반 바이오 소재는 플라스틱의 대체재 역할을 할 수 있으며, 스스로 수선할 수 있는 옷을 형성하는 데도 활용될 수 있습니다. 자연과 합성 재료를 결합하는 소재에는 많은 이점이 있습니다.
• 환경과의 상호작용:
  Empa의 재료 과학자 Gustav Nyström은 생분해성 소재가 환경과 항상 상호작용한다는 점을 강조하며, 이러한 상호작용이 단점이 아닌 장점이 될 수 있는 응용 분야를 찾고자 합니다.

 

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생물 기반 플라스틱과 생분해성 플라스틱은 기존 플라스틱의 환경 문제를 해결할 유망한 대안을 제시합니다. 재료 과학, 생명공학 및 제조 공정의 최근 발전은 이러한 재료의 특성과 응용 가능성을 크게 향상시켰습니다. 특히, Plant Switch와 같은 기업은 기존 제조 인프라와의 호환성을 통해 상용화 가능성을 높이고 있으며, Empa의 균사체 기반 재료 연구는 완전히 새로운 개념의 생분해성 및 기능성 재료를 제시하고 있습니다.

 

출처 >>플라스틱 대안 관련 유투브: https://youtu.be/X2C032j22PI?list=TLGGz1thFNVkFQwwMjA2MjAyNQ균사체 기반 재료 관련 뉴스: https://www.sciencealert.com/scientists-create-biodegradable-plastic-alternative-thats-literally-alive