플라스틱 재활용 혁명 일어날까?

코넬대학 연구팀, 폴리머 접착제 개발

코넬대학(Cornell University) 화학 및 화학생물학과의 제프리 코츠(Geoffrey Coates)교수가 플라스틱의 재활용에 대해서 이야기할 때면 항상 이런 질문을 던진다.

“7,800만톤에 달하는 플라스틱 용기 – 예를 들면 2리터짜리 페트병이나 테이크아웃 음식 용기 등 – 중 페트병이나 음식포장용기로 다시 사용되거나 재활용되는 비율이 얼마나 될까?”

대답은 겨우 2%이다. 슬프게도 이중 3분의 1은 환경으로 새어나가고, 약 14%는 에너지 회수를 위해 소각되고, 40%는 쓰레기 매립지로 들어간다.

코츠 교수(가운데) 및 이간 박사(왼쪽)과 라포인트 연구원 ⓒ Cornell University

코츠 교수(가운데) 및 이간 박사(왼쪽)과 라포인트 연구원 ⓒ Cornell University

왜 이런 문제가 발생하는 것일까? 여러 가지 이유가 있지만, 그 중 중요한 한 가지 이유는 폴리에틸렌(PE Polyethylene)과 폴리프로필렌(PP Polypropylene) 두 물질의 사이가 너무 나쁘다는 점이다.

PE와 PP는 전세계에서 사용하는 플라스틱의 3분의 2를 차지하는데,  서로 다른 화학구조를 가지고 있다. 같이 녹여서 새로운 물질로 만들거나 하면 얼마나 좋을까 만은 아직까지는 실현되지 않은 목적이었다. 이 두가지 물질이 시장에 나와 땅을 뒤 덮은지도 60년이 지났지만, 두 물질을 하나로 녹이는데 효과적인 기술은 아직 안 나왔다.

PE와 PP를 용접하듯 강력하게 붙여주는 접착제    

제프리 코츠 교수 실험실에서 나온 발견으로 변화가 생길지 모른다. 코츠 교수 연구팀은 미네소타 대학(Minnesota) 대학 연구팀과 공동으로 멀티블록 폴리머를 개발했다. 원수같이 지내던 PE와 PP를 섞을 때 약간만 첨가하면 새롭고 더 강한 폴리머를 만들어내는데 성공한 것이다..

이 두 연구팀의 연구결과는 과학저널 사이언스 온라인판에 지난 23일 게재됐다.

코츠 교수 실험실의 박사후과정 연구원인 제임스 이간(James Eagan)이 주 저자이며 보조연구원으로는 앤 라포인트(Anne LaPointe)와 전 교환과학자인 로코 디지로라모(Rocco DiGiralamo)가 참여했다.

과학자들은 오래동안 코츠 교수, 이간 박사와 라포인트가 만든 것과 같은 폴리머를 개발하려고 노력해왔다.  PE조각과 PP조각 사이에 작은 양의 4블록 폴리머 첨가물을 넣어서 PE와 PP를 마치 쇠를 용접하듯이 단단하게 붙이는데 성공했다. 2블록 폴리머를 접착제로 사용했을 때 보다 4블록 폴리머가 더 강력하게 용접이 되었다.

코츠 교수는 “사람들은 이전에도 이와 같은 작업을 했지만, 원래 물질만큼 좋은 것을 얻지 못했다”고 말했다.

코츠 교수는 “우리가 한 실험에서는, 접착제로 사용하는 첨가물을 1% 까지 낮춰도 엄청나게 좋은 물성을 갖는 플라스틱 합금을 얻는다는 점”이라고 말했다.

‘알켄 중합 기폭제’ 사용

이렇게 4블록 폴리머가 플라스틱 재활용을 크게 개선하는데 밝은 미래를 보여주고 있다.

주 저자인 이간 박사는 “만약 재료가 너무 좋기 때문에 30%의 재료를 덜 사용해도 우유용기를 만들 수 있다고 생각해보라. 우리는 적은 플라스틱 원료와, 적은 기름을 쓸 것이고, 재활용해야 할 쓰레기가 줄어들 것이며, 그렇게 만든 플라스틱 용기가 가볍기 때문에 적은 화석연료를 사용해서 옮길 수 있다”고 말했다.

연구팀이 사용한 멀리블록 폴리머는 선택적인 ‘알켄 중합 기폭제’(isoselective alkene polymerization initiator)를 사용해서 만든 것이다. 이 기폭제는 마치 기계를 용접하듯 PE와 PP를 강력하게 붙여주는 접착제를 만들어주는 역할을 했다.

하천과 바다를 뒤덮은 플라스틱은 환경오염의 원인이다. ⓒ Pixabay

하천과 바다를 뒤덮은 플라스틱은 환경오염의 원인이다. ⓒ Pixabay

플라스틱은 인간의 생활을 편리하게 바꿨지만, 사용하고 난 뒤 폐기물 처리는 큰 골칫거리이다. 화장품 용기, 음료수 용기나 우유 및 물 용기, 칫솔, 치약 등 안 쓰이는 곳을 찾는게 더 쉬울 정도이다.

그러나 폐기물 처리는 매우 심각한 환경문제를 낳는다. 하천을 거쳐 바다로 흘러들어가는 플라스틱 폐기물은 바다를 오염시킨다. 바다를 떠돌아다니는 플라스틱 폐기물은 5조 개 이상으로 추정된다.

플라스틱은 바다를 화학물질로 오염시키고 생물을 죽음으로 몰고가는 원흉이기도 하다. 바다 동물들이나 바닷새들은 플라스틱에서 나는 냄새에 취해서 플라스틱 쓰레기를 먹는 바람에, 소화기관에 플라스틱이 가득 차서 굶어 죽는 시체로 발견되곤 한다. 것입니다. 이렇게 오염된 물고기는 사람들에게 영향을 미칠 것이다.

따라서 플라스틱 재활용방안을 찾는 것은 과학자들이 풀어야 할 중요한 숙제중의 하나로 떠오르고 있다.

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