폴리락트산 및 폴리하이드록시알카노에이트 펠렛

전 세계적인 플라스틱 오염과 지속 가능한 대안의 필요성

플라스틱 쓰레기는 전 세계적으로 매립지를 가득 메우고 바다를 오염시키고 있습니다. 대부분의 국가에서 버려진 플라스틱은 야생동물과 자연 서식지에 해를 끼치는 문제가 되고 있습니다.

재활용은 부분적으로 도움이 되지만 이 문제에 대한 완전한 해결책은 아닙니다. 대부분의 지역에서 재활용되는 플라스틱은 몇 번만 사용해도 품질이 떨어집니다. 오늘날 플라스틱 생산에 화석 연료가 광범위하게 사용됨에 따라 친환경적인 대안이 필요합니다. 생분해성 대안이 유망한 해결책으로 떠오르고 있습니다. 자연적으로 분해되는 플라스틱은 생태계에 대한 부담을 줄이고 더 깨끗한 생태계를 만들 수 있습니다.

생분해성 플라스틱: 폴리락트산 및 폴리하이드록시알카노에이트

폴리락틱산과 폴리하이드록시알카노에이트는 가장 널리 사용되는 생분해성 플라스틱입니다. 이 두 가지 플라스틱은 서로 다른 자연 공정을 통해 만들어집니다. 폴리락트산은 옥수수와 사탕수수와 같은 재생 가능한 자원으로 만들어집니다. 폴리하이드록시알카노에이트는 미생물 발효로 만들어집니다. 이 두 물질은 모두 유해한 잔류물을 남기지 않고 분해됩니다. 이러한 화학 구조 덕분에 유익한 유기체나 자연 환경이 더 간단한 형태로 분해할 수 있습니다. 대다수의 연구자와 엔지니어는 이러한 플라스틱이 기존 플라스틱을 대체할 수 있다고 생각합니다.

폴리락트산과 폴리하이드록시알카노에이트가 환경 친화적인 것으로 간주되는 이유

폴리락트산은 산업 퇴비화에 의해 분해됩니다. 이산화탄소와 물로 분해되기 위해서는 열과 물이 필요합니다. 폴리하이드록시알카노에이트는 대부분의 형태가 토양과 물에서 자연적으로 분해된다는 점에서 특별합니다. 이는 일반적인 박테리아의 도움을 통해 이루어집니다.

두 플라스틱 모두 석유에서 생산되는 기존 플라스틱보다 탄소 발자국이 더 적습니다. 생산 공정에 재생 가능한 원료를 사용합니다. 이는 화석 연료의 소비가 적다는 것을 의미합니다.

또한 많은 실험을 통해 이러한 소재는 분해된 후 독성 화학물질을 덜 방출하는 것으로 나타났습니다. 지역 동식물에 해를 끼칠 수 있는 독성 화학 물질을 남기지 않습니다. 자연이 이러한 플라스틱을 쉽게 처리할 수 있다는 사실은 우리에게 더 깨끗하고 쓰레기 없는 미래에 대한 한줄기 희망을 줍니다.

펠릿이 토양, 물 또는 미생물과 접촉하면 어떤 일이 일어나는가?

폴리락트산과 폴리하이드록시알카노에이트 펠릿은 물, 토양 또는 미생물과 접촉하면 분해됩니다. 폴리락트산은 물과 적절한 온도에 닿으면 젖산으로 천천히 분해됩니다. 폴리하이드록시알카노에이트의 경우 자연적으로 발생하는 박테리아가 중요한 역할을 합니다. 박테리아는 긴 폴리머 사슬을 짧은 사슬로 분해하는 효소를 분비합니다. 이 효소는 다시 물과 이산화탄소로 분해됩니다. 이 과정은 식물 재료의 분해와 같은 자연 분해를 모방합니다. 이러한 펠릿의 분해 속도는 환경 조건에 따라 달라집니다. 온도, 습도, 미생물 개체수가 모두 분해 속도에 영향을 미칩니다. 이상적인 조건에서 일부 폴리하이드록시알카노에이트는 몇 주에서 몇 달 안에 완전히 분해됩니다. 그러나 서늘하거나 건조한 지역에서는 분해 속도가 더 느려집니다.

폴리락트산과 폴리하이드록시알카노에이트 비교

폴리락트산과 폴리하이드록시알카노에이트는 많은 긍정적인 특성을 공유합니다. 하지만 몇 가지 중요한 차이점도 있습니다. 폴리락트산은 제대로 분해하려면 더 많은 열이 필요합니다. 산업 퇴비화 시설과 같이 열과 습도가 통제된 환경에서 가장 잘 작동합니다. 폴리하이드록시알카노에이트는 더 자연적으로 분해됩니다. 자연 토양 및 수질 환경과 같은 다양한 조건에서 잘 작동합니다. 기계적 특성도 다양합니다. 폴리락트산은 일반적으로 더 강하고 뻣뻣합니다. 따라서 수저나 포장재와 같은 품목에 적합합니다. 폴리하이드록시알카노에이트는 더 유연합니다. 일반적으로 의료 기기 및 필름에 사용됩니다. 생산 비용과 공정도 다릅니다. 폴리락트산은 대규모 생산 수준에 도달했습니다. 폴리하이드록시알카노에이트는 여전히 더 전문적이고 때로는 생산 비용이 더 비쌉니다.

응용 분야 및 영향

이러한 생분해성 펠릿은 다양한 용도로 사용됩니다. 식품 산업에서 폴리락트산은 일회용 식기, 컵, 용기에 사용됩니다. 포장 산업에서는 그 강도와 투명성을 활용합니다. 폴리하이드록시알카노에이트는 의료 산업에서 잘 알려져 있습니다. 약물 전달 시스템, 봉합사 및 상처 드레싱으로 만들어집니다. 일부 제조업체에서는 농업용 필름을 만드는 데 사용하기도 합니다. 환경 친화적이기 때문에 사용 시 토양 오염을 줄일 수 있습니다. 도시와 지방 자치 단체는 이러한 재료로 인해 폐기물 관리 문제를 줄일 수 있습니다. 일반적으로 대부분의 경우 이러한 폴리머로 만든 제품은 환경에 미치는 영향을 줄이는 데 도움이 됩니다. 실제 테스트에 따르면 화석 연료 플라스틱을 이러한 생분해성 플라스틱으로 대체하면 온실가스 배출량이 줄어드는 것으로 나타났습니다. 더 많은 기업이 친환경으로 전환함에 따라 이러한 생분해성 플라스틱은 친환경 경제를 발전시키는 데 앞장서고 있습니다.

STEM 실험 아이디어

간단한 실험으로 분해 과정을 설명할 수 있습니다. 소량의 폴리락트산 펠릿과 같은 양의 폴리하이드록시알카노에이트 펠릿을 준비합니다. 각각을 축축한 흙이 담긴 병에 넣습니다. 병을 따뜻하고 일정한 온도로 유지합니다. 몇 주 동안 재료의 농도 변화를 관찰합니다. 모양, 색상, 무게 변화를 기록합니다. 조각이 생기거나 부드러워지는 등의 징후를 관찰할 수 있습니다. 간단한 pH 테스트 키트로 간단히 테스트하면 유기산이 형성될 때 나타나는 변화도 확인할 수 있습니다.

이 실험은 물질의 분해를 관찰할 수 있는 실용적인 방법을 제공하며 학생들이 자연스러운 과정을 볼 수 있게 해줍니다. 학교 프로젝트나 학교 과학 동아리에 적합하며 환경 과학 및 재료 공학의 주요 개념을 강화할 수 있습니다.

결론

생분해성 플라스틱은 기존의 플라스틱 쓰레기가 넘쳐나는 지구에서 유망한 대안이 될 수 있습니다. 폴리락트산과 폴리하이드록시알카노에이트는 실제로 그러한 두 가지 이점을 제공합니다. 두 가지 모두 재생 가능한 원료로 생산되며 적절한 조건에서 자연적으로 분해될 수 있습니다. 이 두 가지 모두 화석 연료 소비와 지구에 미치는 스트레스를 줄여줍니다. 자세한 정보와 STEM 실험에 대한 내용은 Stanford Advanced Materials (SAM)에서 확인하세요.

자주 묻는 질문

F: 폴리락트산 펠릿을 생산하기 위해 무엇을 사용하나요?

Q: 옥수수와 사탕수수와 같은 재생 가능한 식물 자원으로 만들어집니다.

F: 폴리하이드록시알카노에이트는 환경에서 어떻게 분해되나요?

Q: 천연 박테리아는 폴리머를 이산화탄소와 물로 분해하는 효소를 분비합니다.

F: 생분해성 플라스틱의 장점은 무엇인가요?

Q: 화석 연료 소비, 온실가스 배출, 환경 오염을 줄일 수 있습니다.