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만물 플라스틱? 대체재를 찾아라
  • 임호동 기자
  • 승인 2019.08.10 09:46
  • 호수 119
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그래핀, 포스프론 등 플라스틱 대체 소재로 주목받는 나노 신소재

간편한 일회용품부터 반도체, 자동차 등 복잡한 산업부분까지 플라스틱이 쓰이지 않는 곳이 없다. 말 그대로 플라스틱의 시대다. 하지만 이대로라면 지구는 플라스틱에 잠식돼 버릴지도 모른다. 이에 플라스틱을 대체하는 자원을 찾기 위한 노력이 계속되고 있다.

 

단순한 포장재부터 건축자재, 파이프 까지 다양한 부분에서 활요되고 있는 플라스틱

안 쓰이는 곳이 없는 플라스틱

플라스틱 퇴출은 현재 전 세계가 입을 모아 외치고 있는 구호이다. 세계 각국이 플라스틱을 줄이기 위해 각종 규제를 실시하고 있으며, 일부 기업들조차 ‘플라스틱 프리 캠페인’을 벌이고 있다. 최근에는 플라스틱 프리를 넘어 제로 캠페인으로 확대하는 모습이다. 그러나 일각의 시각은 비관적이다. 플라스틱의 시대라고 불릴 만큼 플라스틱은 일상생활을 비롯해 다양한 산업에서도 커다란 비중을 차지하고 있기 때문이다.

가벼우면서 튼튼하고, 변형이 쉬운 플라스틱은 금속이나 도자기, 유리 등을 대체해 왔다. 이러한 플라스틱의 위엄은 종류만으로도 알 수 있다. 플라스틱의 종류는 공업적으로 열을 가했을 때 일어나는 변화에 따라 크게 열가소성(熱加塑性) 플라스틱과 열경화성(熱硬化性) 플라스틱으로 구분하고 있다.

특히 그중에서도 폴리에텔렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리염화비닐 클로나이드(PVC), 폴리스티렌(PS), ABS(ABS Resin)를 5대 범용수지로 사용하고 있다.

인체에 무해하고 열에 강한 재질인 PE는 고밀도폴리에틸렌(HDPE)와 저밀도폴리에틸렌(LDPE)로 나뉘는데 고밀도는 우유병 등에, 저밀도는 랩과 비닐 등으로 사용되고 있다. PP역시 인체에 무해하며 PE보다 열에 더 강하고, 표면강도가 높고 튼튼해 조리도구, 포대용백, 필름, 섬유, 자동차 및 전기·전자부품, 콘테이너, 일용품 등의 원료로 가장 폭넓게 사용되고 있다.

PE나 PP와 달리 PVC와 PS는 공업이나 산업용으로 폭 넓게 쓰이고 있다. VCM(Vinyl Chloride Monomer)을 중합해 분말형태로 얻는 PVC는 안정제와 기소제 등을 활용해 단열과 유연성을 갖춘 형태로 만들어 사용하는 플라스틱으로 바닥재, 창틀, 파이프 등 건설자재를 비롯해 농업용 필름, 인조피혁 등으로도 활용되고 있다. PS는 스티렌모노머(SM)를 중합해 제조하는 열가소성 수지로 열에 약하지만 단열성이 큰 소재이다. 스티로폼, 발포포장재 등이 이에 해당한다.

마지막으로 ABS는 일반 플라스틱보다 충격과 열에 강한 합성수지로 내구성이 좋고 도색이 쉬워 자동차 용품, 가구, 장난감, 스포츠 용품, 전자기기, 가전제품 등 다양한 제품에 널리 쓰이고 있는 고급 플라스틱이다.

이외에도 다양한 합성수지에 다양한 물질을 섞으면 다양한 특성을 갖춘 소재들이 만들어지는 플라스틱은 필요에 의해 응용이 가능해 그 종류와 쓰임세가 무궁무진하다고 볼 수 있다. 이처럼 다양한 분야에서 광범위하게 쓰이는 플라스틱이기에 현재 불고 있는 ‘플라스틱 제로화’, ‘플라스틱 퇴출 운동’의 가능성에 대해 의문부호가 붙고 있는 것이다.

 

플라스틱을 대체할 소재를 찾아라

이러한 의문부호를 제기하는 사람들도 플라스틱은 줄여나가야 할 문제라는 것을 인식하고 있을 것이다. 문제는 모든 플라스틱을 이용 못하게 하거나 대폭 저감했을 때 생기는 부작용들이다.

앞서 살펴봤듯이 플라스틱을 소재로 하는 의류나 가전제품 등의 산업의 경우 마비가 올 수 있다. 또한 값싼 플라스틱을 대체해 물건을 생산할 경우 가격이 급등해 소비자에게 부담을 줄 수 있다. 산업과 경제부분뿐만의 문제가 아니다.

인간의 생활을 간편하고 편리하게 해주는 것들이 사라짐으로 인해 생활에 불편도 초래할 수 있다. 이에 플라스틱을 빠르게 퇴출시키기 위해서는 플라스틱의 빈자리를 대체해줄 대체재가 필요하다는 목소리가 대두되고 있다.

실제 많은 기업들이 플라스틱 대체제품 개발을 서두르고 있다. 특히 플라스틱을 대체할 신소재를 찾기 위한 경쟁이 치열한데, 가장 대표적으로 주목받고 있는 것이 나노신소재이다. 그중에서도 그래핀(Graphene)은 플라스틱을 대체할 물질로 주목받고 있다.

2004년 영국 맨체스터대 안드레 가임 교수와 콘스탄틴 노보셀로프 교수가 흑연의 표면을 테이프를 이용해 한 층씩 떼어내는 방식으로 최초 추출한 그래핀은 지금까지 인류가 발견한 소재 가운데 가장 얇고 튼튼한 물질이다.

그래핀은 머리카락 1만분의 1 굵기로 강철 200배의 강도를 가졌으며, 구리보다 100배 높은 전기 전도율을 가지고 있어 꿈의 신소재라 불리는 완벽한 플라스틱 대체재로 주목을 받고 있다. 현재 그래핀은 상용화 단계에 접어들고 있으며, 국내에서는 삼성과 LG 등이 그래핀을 관련기술에 접목하고 있다.

그래핀 외에도 인(P)의 원자로만 구성된 흑린의 표면에서 추출하는 포스포린 등도 가볍고 뛰어난 강도 그리고 전기전도율을 가지고 있어 흑린과 포스포린에 대한 연구도 최근 빠르게 진행 중에 있다. 하지만 이러한 신소재들이 플라스틱을 대체하기까지는 시간이 걸릴 것으로 예상된다. 이에 조금 더 빠르게 플라스틱 대란을 완화할 대체재들이 주목받고 있는 현실이다.

 

전체 플라스틱의 40%를 차지하는 포장 부문, 종이, 바이오 플라스틱으로 대체되고 있다

플라스틱 대체재가 불러오는 논란, 그 속에서 발전하는 대체재

플라스틱을 대체하기 위한 신소재 연구만큼이나 빠르게 상용화되고 있는 것은 플라스틱을 눈에 띄게 줄일 수 있는 대체 용품들이다. 플라스틱이 문제가 되자 가장 먼저 플라스틱을 대체하기 위한 대체재로 대두된 것은 종이다.

실제 비닐, 빨대 등 일상생활에서 가장 많이 사용돼 왔던 플라스틱의 경우 종이로 대체되고 있다. 한지를 이용한 옷도 등장해 나일론, 폴리에스테르 등이 60%를 차지하고 있는 의류산업에 도전장을 내밀기도 했다.

그러나 플라스틱을 대체하기 위해 종이를 활용하는 것이 환경보호의 취지에 합당한가를 두고 논란이 일기도 한다. 다들 아는 사실이지만 종이를 만드는 데 나무가 필요하기 때문이다. 이러한 논란을 두고 한 영국의 대학생들이 졸업작품으로 만든 ‘페이퍼 펄프 헬멧(Paper Pulp Helmet)’이 해답을 내려주고 있다.

영국 ‘Royal College of Art’에 소속된 톰 가텔리어, 바비 피터슨, 에드 토마스는 매일 버려지는 신문지를 모아 물에 녹여 종이죽을 만든 뒤 유기농 첨가제를 넣어 딱딱하게 만드는 방식으로 헬멧을 만들었다. 매일 버려지는 폐기물을 재활용한 이 제품은 계속해서 재활용할 수 있다는 점에서 완벽한 자원순환을 재현하고 있으며, 플라스틱과 종이논란에 화두를 던져주고 있다.

또한 1980년대부터 꾸준히 제기돼 온 생분해 플라스틱도 현재 플라스틱 대란에 빠지지 않고 논의되고 있다. 생분해 플라스틱은 사용한 플라스틱을 폐기할 때 소각처리 하지 않고 단순히 매립해 미생물의 작용에 의해 수개월(45일 이후~2년, 일반 플라스틱인 경우에는 50년~수 백년) 안에 물, 이산화탄소, 메탄가스 등으로 완전 분해되는 플라스틱으로 혹시 있을 소각 시에도 탄소발생량이 비 분해플라스틱보다 월등히 적어 환경오염 발생억제의 효과가 탁월한 친환경플라스틱소재이다. 옥수수 전분을 활용한 바이오 플라스틱 등이 대표적인 생분해 플라스틱이다.

그러나 이러한 생분해 플라스틱 역시 기존 플라스틱과의 생산력과 가격경쟁에서 뒤쳐질 뿐만 아니라 과도한 바이오매스 사용은 식량난과 같은 위험성을 안고 있기 때문에 논란거리가 되고 있다.

그러나 최근 포장업체를 비롯해 일부 기업들은 포장재를 바이오 플라스틱으로 대체하고 있다. 특히 코코넛 껍질을 원료로 하는 바이오 플라스틱이 개발되면서 바이오 소재의 포장용기 등이 선을 보이고 있다.

이처럼 플라스틱을 대체하기 위한 연구와 기술개발은 앞으로도 지속될 것으로 전망된다. 조금 느리지만 반드시 나아가야할 방향이기 때문이다. 남은 문제는 소비자들의 소비문화이다. 조금만 관심을 기울이고 당장 눈앞의 이득만 따지지 않는다면, 플라스틱을 대체하기 위해 노력하는 상품들을 찾아볼 수 있을 것이다. 그리고 그러한 관심들이 플라스틱을 대체하기 위해 노력하는 기업문화를 이끌 수 있고, 플라스틱 제로화를 실현할 수 있는 방향이다.

임호동 기자  ihd3333@naver.com

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