과학자들이 바닷물에서 가장 빠르게 분해되는 바이오플라스틱을 발견했습니다.

Wood Hole Oceanographic Institution(WHOI)의 과학자들은 수년간 어떤 유형의 플라스틱이 바다에서 가장 짧고 가장 긴 수명을 가지고 있는지, 그리고 빨대와 식품 포장지와 같은 어떤 유형의 플라스틱 제품이 플라스틱 오염에 가장 일반적으로 기여하는지 알아내기 위해 노력해 왔습니다. 목재 펄프에서 파생된 플라스틱과 유사한 폴리머인 셀룰로스 디아세테이트(CDA)와 같이 생분해성이 더 높은 재료가 개발됨에 따라 연구자들은 바다 환경에 해를 끼치지 않고 기존 플라스틱을 대체할 수 있도록 경쟁하고 있습니다.

수년간의 테스트 끝에 새로운 버전의 CDA가 해수에서 테스트된 가장 빠르게 분해되는 바이오플라스틱 소재로 밝혀졌으며, 이는 수년간 환경에 남아 있을 수 있는 스티로폼과 같은 다른 폼 플라스틱 소재를 대체할 수 있는 유망한 소재입니다. ACS Sustainable Chemistry & Engineering 에 게재된 새로운 논문에서 WHOI 과학자 Bryan James, Collin Ward, Chris Reddy, Yanchen Sun, Kali Pate는 CDA 소재에 작은 기공(포밍이라고 함)을 추가하면 고체 CDA보다 15배, 심지어 종이보다 더 빨리 분해된다는 것을 발견했습니다.

"이 연구에서 제가 가장 흥분하는 것은 그 전환적 특성입니다. 이 연구는 바다에서 CDA 생분해에 대한 기본 제어를 이해하는 데 초점을 맞춘 수년간의 연구의 정점입니다." 연구의 수석 저자인 Ward가 말했습니다. 그와 WHOI 팀은 바이오플라스틱 제조 회사 Eastman의 과학자들과 협력하여 자금을 제공하고 공동 저자로 기여했으며 연구에 대한 자료를 제공했습니다.

"우리는 기초 지식을 소비자의 요구를 충족하는 동시에 우리가 아는 다른 플라스틱 소재보다, 심지어 종이보다 더 빨리 바다에서 분해되는 새로운 소재의 설계로 전환했습니다. 이는 종종 플라스틱 오염의 부정적인 측면에 초점을 맞추고 문제에 대한 해결책을 모색하지 않는 분야에서 큰 성공 사례입니다." 워드가 덧붙였습니다.

이 연구는 WHOI의 특별히 설계된 연구실에서 Martha's Vineyard Sound의 끊임없이 흐르는 바닷물 탱크에서 거품 CDA와 고체 CDA를 모두 모니터링하는 것을 포함했습니다. 연구원들은 또한 온도, 빛 노출 및 기타 환경 변수를 제어하여 자연스러운 해양 환경을 모방했습니다.

"연속적으로 흐르는 해수 탱크를 사용하면 미생물이 활동하는 바다의 역학을 실험실로 가져올 수 있습니다. 바다는 끊임없이 변화하고 있으며, 미생물과 영양소를 보충하여 이 환경을 복제하는 것이 중요했으며, 훨씬 더 환경적으로 현실적인 실험을 할 수 있었습니다." 수석 저자인 제임스가 설명했습니다. 36주 후, 팀은 CDA 폼이 원래 질량의 65-70%를 잃었다는 것을 발견했습니다.

연구자들은 동적 해수 탱크를 사용한 이전 연구에서 표준 플라스틱, 종이, 고체 CDA, 발포 CDA로 만든 빨대를 테스트했고, 고체 CDA와 종이 빨대가 가장 빨리 질량이 줄어드는 것을 발견했습니다. 그런 다음 과학자들은 CDA로 만든 빨대 두 개, 하나는 고체 CDA로 만든 빨대이고 다른 하나는 발포 CDA로 만든 빨대를 비교했고, 발포 빨대의 분해 속도가 고체 빨대보다 190% 더 빠르며, 종이 빨대보다 예상 환경 수명이 더 짧다는 것을 발견했습니다.

"재료 과학자이자 엔지니어로서, 폼이 재료적으로 효율적일 수 있다는 것을 보여주는 것은 흥미진진한 일이었습니다. 즉, 가능한 한 최소한의 재료로 기능을 달성하고 비용과 많은 환경적 영향을 줄인다는 의미입니다." 제임스는 말했습니다. "또한 생분해성 플라스틱으로 만들면 가장 지속성이 낮은 재료 중 하나가 될 수 있습니다."

연구 저자에 따르면, 스티로폼 플라스틱과 일회용 플라스틱(예: 바다로 일상적으로 누출되고 생분해되지 않는 테이크어웨이 용기)을 대체하는 것이 이 소재의 가장 시급한 용도 중 하나입니다. 폼 CDA 제품은 이미 시장에 출시되었으며, Eastman은 기존 산업용 식품 포장에 사용되는 플라스틱 트레이를 대체하도록 설계된 폼 CDA로 만든 퇴비화 가능한 경량 트레이를 출시했습니다.

Eastman의 기업 혁신 부사장인 Jeff Carbeck은 "산업과 학계 간의 파트너십은 가장 시급한 글로벌 과제에 대한 솔루션을 가속화하는 데 필수적입니다. 학계는 고유한 통찰력을 제공하고 산업 파트너는 이러한 통찰력을 사용하여 대규모 솔루션을 개발할 수 있습니다."라고 말했습니다. "이것이 WHOI와의 협업이 작동하는 방식입니다. 그들은 우리의 상업적 및 개발적 재료가 어떻게 분해되는지에 대한 이해를 크게 확대했습니다."

Carbeck은 이 연구가 CDA 폼이 일회용 플라스틱 포장의 과제를 해결하는 데 도움이 될 수 있는 잠재력을 보여준다고 강조했습니다. "폼의 특성으로 인해 많은 포장 및 단열재 응용 분야에 이상적이며, 이 연구는 생분해성 재료로 만든 폼이 우연히 해양 환경에 유입되면 빠르게 분해된다는 것을 보여줍니다. 소비재에 생분해성 재료를 사용하는 것은 환경을 보존하고, 플라스틱 오염을 줄이며, 미래 세대를 위한 지속 가능성을 육성하는 데 중요한 단계입니다."라고 그는 말했습니다.

"업계 파트너와 협력하는 것의 장점 중 하나는 새로운 기술이 확장 가능하다는 것을 보장할 수 있다는 것입니다. 새로운 소재를 설계할 때의 기준 중 하나는 스티로폼 제품을 즉시 교체할 수 있는 턴키 방식이어야 한다는 것이었습니다. 즉, 원시 CDA를 생분해성 폼으로 전환하는 회사가 새로운 장비에 투자할 필요가 없다는 것을 의미합니다." Ward는 설명했습니다. "화석 연료로 만들어지지 않고 퇴비화 가능하며 오염으로 환경에 지속되지 않는 새로운 플라스틱을 개발하는 것은 소비자와 환경 모두에게 이로운 일이 될 수 있습니다."

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2024/10/241017112500.htm