'농업용 필름' 낙엽 이용한 생분해성 제품으로 대체

낙엽을 이용한 생분해성 제품이 기존 농업용 필름을 대체할 가능성이 점쳐진다. 농업용 필름은 잡초의 성장을 억제하고, 토양의 수분을 유지하기 위해 농촌에서 널리 쓰인다. 하지만 대부분 제품이 플라스틱 재질로 만들어져 사용 후 수거가 어렵다. 또 토양에 남은 잔여물은 환경오염을 유발하는 것으로 알려져 대체 제품 개발이 필요한 실정이다.

(왼쪽 위에서 아래 순) 건설 및 환경공학과 명재욱 교수, 최신형 박사, 조용준 박사과정, 문호성 석사과정, (오른쪽) Pham Thanh Trung Ninh 박사과정. KAIST

KAIST는 건설 및 환경공학과 명재욱 교수 연구팀이 낙엽을 이용한 친환경 농업용 '멀칭 필름(mulch film)'을 개발했다고 30일 밝혔다.

멀칭 필름은 농업 현장에서 토양을 덮는데 흔히 쓰이는 자재다. 낙엽을 이용한 멀칭 필름 개발은 그간 쓸모없이 버려지던 비식용 바이오매스를 고부가가치 기능성 소재로 전환했다는 점에서 의미를 갖는다.

현재 사용되는 멀칭 필름 대부분은 폴리에틸렌(PE·석유 기반의 대표적인 플라스틱)으로 제작돼 사용 후 수거가 어렵고, 토양에 남은 잔여 미세플라스틱은 환경을 오염시키는 문제를 야기한다.

연구팀은 PE 재질의 멀칭 필름을 생분해성 제품으로 대체할 방안으로 낙엽을 이용했다. 구연산과 염화콜린을 혼합한 수화 심층 공유용매를 활용해 낙엽에서 나노 셀룰로스를 추출하고, 이를 생분해성 고분자 폴리비닐알코올과 결합해 복합 필름을 제작하는 방식이다.

특히 모든 제조 공정을 유해 유기 용매가 아닌 물을 기반으로 수행해 친환경성을 높였다.

연구팀이 개발된 '낙엽 필름'은 자외선(UVA·UVB) 차단과 토양의 수분 손실 억제(보습) 등에서 우수한 성능을 나타내 농업 현장에서 실제 사용하는 데 손색이 없는 것으로 확인됐다. 이 필름을 적용해 재배한 호밀풀은 오히려 낙엽 필름이 아닌 다른 필름을 사용했을 때 더욱 우수한 생장 상태를 보이기도 했다.

낙엽 필름의 순환 이용 개념도. KAIST

토양 오염 문제를 해결하는 데 선결 조건인 생분해 성능 역시 우수한 것으로 확인됐다. 실제 토양에서 생분해 실험을 진행했을 때 낙엽 필름은 115일 만에 34.4%가 분해됐다. 이는 기존 생분해 필름보다 빠른 분해 속도다.

또 분해 과정에서 식물 독성(식물의 발아나 성장에 미치는 유해 영향)이 나타나지 않아 호밀풀과 다채의 발아 및 초기 생장에도 영향을 주지 않는 것으로 확인됐다.

명 교수는 "이번 연구는 낙엽을 단순 처리하는 수준을 넘어 농업 환경을 보호할 기능성 소재로 전환했다는 점에서 의미를 갖는다"며 "식량 자원과 경쟁하지 않는 낙엽과 물을 기반으로 이뤄지는 공정은 앞으로 지속가능한 농업용 플라스틱 대체 기술로 활용될 가능성을 엿보게 한다"고 말했다.

한편 이번 연구에는 건설 및 환경공학과 팜 탄 쭝 닌(Pham Thanh Trung Ninh) 박사과정생이 제1 저자로 참여했다. 연구 결과는 최근 화학 및 환경 분야 국제 학술지 '그린 케미스트리(Green Chemistry)'에 게재됐다.

대전=정일웅 기자 jiw3061@asiae.co.kr