[지속가능성+혁신] 키토산 함유한 생분해 대체 플라스틱 비닐의 상용화 성큼

[녹색경제신문 = 박진아 유럽 주재기자] 미세 플라스틱 폐기물로 인한 생태계 보호에 대한 경각심이 높아지고 있는 최근, 미국의 조지아 과학기술대학(Georgia Institute of Technology)의 한 연구팀이 식물성 천연 원료를 이용한 대체 비닐을 개발하는데 성공해 플라스틱 비닐에 의존하는 업계의 관심을 모으고 있다.

전 세계적으로 막대한 양의 플라스틱 비닐 포장 폐기물이 쓰레기 매립지와 상수원을 오염시키고 있다. 석유를 원료로 해 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리염화비닐((PVC) 수지로 합성된 플라스틱 비닐은 폐기된 후 오랜 세월 썩지 않은 채로 자연 분해되지 않고 생태계와 인간 먹이사슬을 오염시키고 건강을 위협하기 때문이다.

플라스틱 비닐 합성 포장재에 특히 절대적으로 의존하는 업계는 가공 식음료 제조업계, 제약업계, 소비자용 전자 제품 제조업계, 간편식 및 포장식을 판매 운반하는 요식업 및 배달 서비스 업계다. 

친환경 과학계에서는 기존 플라스틱 비닐 포장재 못지않게 보존력이 우수한 동시에 사용 후 폐기되면 생분해돼 토양으로 자연 회귀할 수 있는 친환경 대체 포장재 개발에 노력해왔으나, 아직도 플라스틱 비닐의 견고성과 폐기 후 무공해 생분해 가능성을 동시에 잡은 황금의 화학 레시피를 찾아내지 못한 상태다.

포장재 대체 플라스틱 비닐이 갖춰야 할 최우선적 기능은 외부로부터 완벽하고 효과적인 장벽을 형성해 내용물의 물리적・화학적 본질을 유지시키는 것이다. 

하지만 이제까지 과학계에서 소개돼온 천연 성분을 배합한 생분해성 대체 바이오플라스틱 및 비닐 포장재는 수분과 산소에 접촉하면 쉽게 물러지고 분해되는 부작용 때문에 상용화에 부적합했다.

조지아 과기대 산하 화학 생체분자 공학부 소속 카스 메레디스(Carson Meredith) 박사 연구팀은 플라스틱 비닐이 조형된 형태와 분자 구조를 유지하도록 내구성을 제공하는 원료 — 셀룰로스(cellulose)—를 그대로 흉내 내 대체할 수 있는 천연 원료로 대체하는데 성공했다는 점에서 혁신적이다.

 ‚ACS 어플라이드 폴리머 머티리얼즈(ACS Applied Polumer Materials)’지 2025년 11월 호에 발표한 연구 보고서에 따르면, 게나 바닷가재 껍질 속 성분인 키틴의 부산 성분인 키토산(chitosan), 버섯 세포막,  오렌지나 레몬 등 감귤류 과일에서 추출한 구연산 등을 결합하면 기성 플라스틱 비닐과 진배없이 견고하면서도 환경친화적인 대체 플라스틱 생성이 가능함을 입증했다.

우선, 키토산, 버섯 세포막, 구연산은 이미 다양한 신선식품 공급망과 식음료품 가공업계 등 기존의 공급망에서 대량 배출되는 음식물 쓰레기를 활용할 수 있기 때문에 자원 재활용 실천 차원에서도 지속 가능한 천연 원자재다.

이 연구의 진정한 혁신성은 해산물 갑각류 추출 키토산, 버섯 세포막, 구연산 등 이 세 가지 원료의 절묘한 융합 및 분자 차원의 가열 및 조형 공정을 거쳐 기존 비닐처럼 얇고 투명한 막 구조를 생성한 것에서 찾아볼 수 있다.

이 천연 소재 플라스틱 비닐의 견고성 실험 경과, 내용물을 외부 습기와 산소로부터 효과적으로 차단할 수 있으며 고온다습한 환경 속에서도 형체 유지력이 우수한 것으로 나타났다. 앞서 개발된 친환경 바이오 폴리머 비닐이 내용물이나 주변 환경의 수분을 흡수해 부풀거나 눅눅해져 폐기 전부터 자체 생분해되는 문제를 대폭 해결했다.

한 실험에서 80% 습도 환경에서도 매우 낮은 신소 흡수율을 보였고 수증기 침투율도 매우 낮은 것으로 나타나 오늘날 음식물 포장재로 널리 사용되는 일반 플라스틱 비닐과 진배없는 것으로 나타났다.

게다가 쓰레기로 폐기되면 자연에 무해한 기초 성분으로 천연 생분해되다는 점에서 썩지 않고 자연에 장기적으로 오염 물질을 배출하는 기성 플라스틱 쓰레기 문제를 해결해 줄 솔루션이 될 것으로 기대된다.

이 연구는 미국의 포장 초콜릿 간식 및 애완동물용 사료 제조 업체인 마르스(Mars Inc.) 사, 조지아 과기대, 미 국방부의 공동 연구비 지원 및 연구원 활동 후원을 통해 이루어진 성과다.

최근 일반 대중의 플라스틱 오염에 따른 건강 유해성에 대한 경각심이 높아지면서 플라스틱 포장 의존도가 높은 식음료 가공업계, 의약품 제약업계, 전자제품 및 가전업계가 소비자들로부터 생분해 가능 친환경 포장재로 전환 압력을 강하게 받고 있는 사회 분위기를 반영한 과학 기술 혁신 사례다.

식품가공업계와 소비재 시장에서 경쟁하는 기업들이 친환경 생분해 대체 플라스틱 포장재 도입를 도입할 경우 기업 브랜드 이미지 향상에 기여할 마케팅 전략으로도 주효할 것으로 전망된다.

이번 조지아 과기대 연구진이 개발한 천연 생분해 대체 플라스틱 비닐은 생산 단가가 기존 플라스틱 보다 비싸기 때문에 제조공정 세련화를 통한 가격 합리화 과제를 앞두고 있다.