플라스틱 대체 ‘투명 종이’ 개발

 (japannews.yomiuri.co.jp)
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  • 일본 JAMSTEC 등 연구팀이 식물 바이오매스 기반 셀룰로스로 두꺼운 투명 종이 시트를 만들어, 플라스틱 용기 대체 가능성을 보임
  • 새 소재는 미생물에 의해 물과 이산화탄소로 분해될 수 있으며, 기존 셀룰로스 소재보다 두꺼워 컵·빨대 같은 형태로 성형 가능함
  • 제조에는 면화 씨 표면 섬유에서 얻은 셀룰로스 분말과 브롬화리튬-물 용액을 사용하고, 고온 겔화 뒤 성형·건조하는 방식이 쓰임
  • 컵과 빨대로 만들었을 때 강도는 폴리카보네이트와 비슷했고, 0.7mm 두께 시트로도 100m 떨어진 풍경을 선명하게 볼 수 있었음
  • 상용화에는 대량생산 공장이 필요하며, 실증 플랜트 기준 생산 비용은 일반 종이의 약 3배, CO2 배출량은 플라스틱 제조 공정의 약 절반으로 추정됨

식물 기반 투명 종이

  • JAMSTEC와 여러 기관의 연구팀이 식물 바이오매스에서 만든 셀룰로스로 두꺼운 투명 종이 시트를 개발함
  • 플라스틱이 해양 오염의 원인으로 꼽히는 만큼, 이 소재는 플라스틱 용기 대체재로 기대를 받음
  • 기존 셀룰로스 기반 소재보다 두꺼워 용기 제작에 사용할 수 있음

제조 방식과 투명성

  • 원료는 면화 씨 표면 섬유에서 얻은 셀룰로스 분말임
  • 제조 과정은 다음과 같음
    • 셀룰로스 분말을 브롬화리튬-물 용액에 녹임
    • 온도를 높이며 섞어 겔 상태로 만듦
    • 겔화된 소재를 성형하고 건조함
  • 투명성은 나노미터 규모, 즉 10억분의 1미터 단위 섬유가 시트 안에 조밀하게 채워지면서 생김
  • 섬유 농도가 높아 빛이 확산되지 않고 시트를 곧게 통과함

강도와 시인성

  • 컵과 빨대로 성형한 소재의 강도는 플라스틱의 일종인 폴리카보네이트와 거의 비슷했음
  • 0.7mm 두께의 투명 종이도 유연성을 유지함
  • 같은 두께의 시트를 통해 100m 떨어진 풍경을 선명하게 볼 수 있었음

바닷속 생분해성

  • 연구팀은 투명 종이가 바다로 흘러 들어갈 가능성을 가정해 생분해성을 조사함
  • 시트를 바닷속에 가라앉힌 뒤 해양 미생물이 이를 녹일 수 있는지 확인함
  • 수심이 깊을수록 미생물이 적어 분해 속도는 느려짐
  • 그래도 수심 757m에서도 시트는 4개월 안에 대부분 녹았음

상용화 과제와 비용

  • 지금까지 플라스틱 용기의 가장 일반적인 대체재는 종이팩이었음
  • 종이팩은 소비자가 내용물을 볼 수 없어 상품 구매 의향이 낮아질 수 있다는 사업 전문가들의 의견이 있었음
  • 투명 종이는 내용물이 보이지 않는 문제를 해결할 수 있음
  • 시장에 내놓으려면 이 소재를 대량생산할 기술을 갖춘 공장이 필요함
  • JAMSTEC의 Isobe Noriyuki 부수석연구원은 실증 실험용 플랜트가 지어질 경우 생산 비용이 일반 종이의 약 3배가 될 것으로 추정함
  • 같은 추정에서 CO2 배출량은 플라스틱 제조 공정의 약 절반으로 유지될 수 있음
  • Osaka University의 Masaya Nogi 교수는 기존에도 투명 종이는 있었지만, 이번 소재는 심해 생분해성을 입증한 점이 강점이라고 봄

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Hacker News 의견들

  • 플라스틱을 많이 쓰는 이유는 투명성이 아니라 가볍고 생분해되지 않기 때문임
    수천 년 지속되기 때문에 식품 보관에도 좋고, 비나 환경 조건을 크게 걱정하지 않고 여러 부품에 쓸 수 있음
    필요한 건 대부분의 인간 생활 조건에서는 전혀 분해되지 않지만, 특정 화학물질·온도·압력 같은 흔치 않은 신호를 주면 빠르게 분해되는 재료라고 봄

    • 플라스틱은 성형이 아주 쉽고 대량생산에 매우 적합해서 쓰이는 면도 큼. 쉽게 모양을 만들 수 있다는 점이 플라스틱을 선택하는 가장 강력한 이유일 수도 있음
      플라스틱은 나무의 장점인 가벼움과 저렴함, 도자기의 장점인 성형 용이성과 방수성, 금속의 장점인 일상적 내구성을 가져오면서도 각 재료의 큰 단점은 피함
      완벽하진 않지만 장단점을 합산해 보면 왜 이렇게 널리 쓰이는지 분명해짐
    • 기사에 이미 용도가 나와 있음: 종이 포장이 플라스틱 용기의 가장 흔한 대안이지만, 소비자가 내용물을 볼 수 없어서 구매를 꺼린다는 점이 있음
      투명 종이가 이 문제를 해결할 수 있지만, 시장에 내놓으려면 대량생산 기술을 갖춘 공장이 필요하다고 함
    • 완전히 맞는 말은 아님. 플라스틱 창이 붙은 종이 포장을 많이 버리게 됨
      모든 플라스틱을 대체할 수는 없겠지만 일부는 충분히 대체 가능함
      플라스틱은 많은 역할을 하므로 한 가지 재료가 전부를 대체할 수는 없지만, 일회용 플라스틱의 의미 있는 틈새 용도는 분명히 있음
    • 사람들이 플라스틱을 수천 년 지속되기 때문에 좋아하는 건 아님. 관심사는 식품을 잘 보관하는 것임
      수천 년 지속되지 않고도 그걸 할 수 있다면 꽤 큰 성과로 보임
    • 그런 재료가 가능해도 사람들이 그 재료를 모아 분해 시설로 보내야 한다는 전제가 필요함
      환경에 버려진 플라스틱의 양을 보면, 사람들이 그렇게까지 신경 쓰지 않는다는 점이 이미 드러남

  • 오래된 게 다시 새로워진 건가?
    https://en.wikipedia.org/wiki/Celluloid
    https://en.wikipedia.org/wiki/Cellophane

    • 연구진의 원 논문은 여기 있음:
      https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.ads2426
      목표는 1) 투명하고, 2) 충분히 두껍게 만들 수 있으며, 3) 순수하게 셀룰로오스 기반인 재료였던 듯함
      셀로판은 1과 3을 만족하지만 두껍게 만들기 어렵고, 종이는 2와 3을 만족하지만 투명하지 않음
      셀룰로이드는 논문에서 명시적으로 다루지 않지만 순수 셀룰로오스가 아니어서 3을 만족하지 못하는 것 같음. 주요 적용 대상은 식품 포장으로 보임
    • 여러 조건을 함께 따져 보면 로마인들이 실제로 기술의 정점에 있었던 건 아닌지 궁금해짐
    • 셀로판을 만드는 비스코스 공정은 독성이 매우 강함. 리오셀 공정은 쓰는 화학물질의 휘발성이 낮아 더 안전하지만, 둘 다 이황화탄소나 N-methylmorpholine oxide, 최근에는 1,5-diazabicyclo[4.3.0]non-5-enium acetate 같은 정밀 화학물질을 많이 필요로 함
      그래서 셀로판은 보통 소량만 쓰이고 레이온도 비슷함
      반면 브롬화리튬은 안정한 염이고 원소 가격에 가까울 만큼 저렴해서 규모를 키우고 재활용하기 쉬움
    • 셀로판이 셀룰로오스 기반이라는 연결을 이상하게도 한 번도 못 했음. 그냥 플라스틱이라고 생각했음
    • 셀로판과 비슷하게 들리지만 만드는 공정은 매우 다름. 셀로판에는 없는 새로운 성질이 있을 수도 있음

  • 어떤 나라들이 쓰레기를 그냥 바다에 버린다는 생각에 모두가 무감각해진 게 우습다
    그 문제를 해결하기보다 더 나은 쓰레기를 만드는 쪽으로 가고 있음

  • 어머니가 작은 동네 가게 일을 도와주고 있는데, 플라스틱 포장에서 벗어나려고 시도 중임
    퇴비화 가능한 필름과 재생 종이를 써 봤지만 비용이 너무 높거나 재료가 잘 버티지 못했음
    셀룰로오스로 만든 이 투명 종이는 꽤 유망해 보임. 열을 견디고, 보기 좋고, 실제로 환경에서 분해된다면 그런 가게들에는 큰 도움이 될 것 같음
    이런 재료를 다뤄 본 사람이 있는지 궁금함. 특히 액체나 습기에 민감한 물건에서 실제 사용 성능이 어떤지 알고 싶음

  • 플라스틱 같은 성질을 가지면서도 수천 년 동안 분해되지 않거나 재활용이 불가능하지 않은 새로운 재료군이 필요함

    • 플라스틱에서는 오히려 분해가 더 큰 걱정이라고 봄
      쓰레기 저장 문제는 대체로 과장되어 있고, 미세플라스틱 오염은 플라스틱이 수백만 개의 작은 조각으로 부서질 때의 위협을 분명히 보여줌[1]
      오래가는 안정적인 플라스틱은 오염물질 관점에서는 훨씬 문제가 적음
      [1] https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S016041202...
    • 목표를 100배쯤 과하게 잡은 것 같음. 10년 뒤 무해한 먼지로 분해되되, 그보다 짧지도 않고 100년을 넘기지도 않는 플라스틱이면 충분히 타협 가능함
      그 정도면 지금 쓰는 용도 대부분을 계속 유지할 수 있음
    • 그러면 병이 선반 위에서 분해되다가 구멍이 나서 망가질 수 있음

  • 일본은 모든 것이 플라스틱으로 포장되어 있으니 놀랍지 않음
    미국보다 훨씬 앞서 보였던 일본 방문에서 거의 모든 게 좋았지만, 이 점만은 예외였음

    • 같은 양의 상품을 포장할 때 쓰는 플라스틱 총질량은 일본이 다른 나라보다 낮다는 얘기가 있음
      봉지는 더 많이 쓰지만 단단한 껍질형 포장은 덜 쓰기 때문이라고 함
      이 내용과 소각 연료로 얼마나 쓰이는지에 대한 영상: https://www.youtube.com/watch?v=FU6WogV6UEg

  • 셀로판처럼 들릴 수밖에 없음. https://en.wikipedia.org/wiki/Cellophane

  • 탄소 배출은 낮다지만 비용은 어떨까?
    이 제품은 우리가 플라스틱을 쓰는 이유와 무관한 많은 문제를 해결하는 것처럼 보임
    플라스틱이 어디에나 있는 이유는 내구성이 있고 싸기 때문이고, 그게 용도의 80%쯤을 설명함
    나머지 20%는 부식성 물질 저항 같은 특성을 중요하게 보는데, 이 재료는 거기서도 더 빗나가 보임
    비싸고 내구성이 낮은 제품은 결코 플라스틱을 대체하지 못함. 플라스틱만큼 튼튼하다는 말도 인장강도를 말하는 듯한데, 산업계가 주로 보는 성질은 아님
    빵을 포장할 때 비슷한 무게를 들어 올릴 수 있는지는 중요하지 않고, 제품을 몇 달 또는 몇 년 동안 보호할 수 있는지가 중요함

  • 봉지는 좋고 컵도 괜찮지만, 빨대는 끔찍한 아이디어임

    • 왜 그런지 모르겠음
      물성은 폴리카보네이트와 비슷하다고 하니 그 부분은 문제없음
      이상적인 조건에서 얼마나 빨리 분해되는지는 말하지 않지만, 나쁜 조건에서도 4개월이 걸리고 물·산소·자외선 같은 단순 화학작용이 아니라 미생물이 필요하다고 함
      그렇다면 탄산음료 안에서는 일주일이 지나도 거의 영향이 없을 것 같은데, 뭐가 끔찍한 부분인지 모르겠음
    • 왜? 일반 종이 빨대처럼 눅눅해질까 봐?

  • 플라스틱의 모든 용도를 대체하지 못하더라도 많은 일회용 플라스틱 제품을 대체할 수 있어 보임
    그것만으로도 좋은 진전임. 셀룰로오스 쇼핑백, 빨대, 일회용 컵, 접시, 식기류라면 괜찮게 받아들일 수 있음

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