바이오 플라스틱 알고 싶어 3-3 바이오 플라스틱의 원료, 생산 방법

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3. 바이오 플라스틱의 원료, 생산 방법

식물이나 미생물을 사용하여

바이오매스 플라스틱이란 “원료로서 식물 등의 재생 가능한 유기자원(바이오매스)을 이용하여 만들어진 플라스틱”으로, 모두 화석자원을 사용하지 않는 전면적 바이오매스 플라스틱과 일부에 화석자원도 사용하는 부분적 바이오매스 플라스틱의 2종류가 있다는 것은 이전에 설명한 대로이다.

그런데, 바이오매스 플라스틱의 원료로 되는 것은 어떤 것일까?

현재, 바이오매스 플라스틱의 원료로서 많이 사용되는 것은, 옥수수나 사탕수수, 아주까리라고 하는 식물이다. 옥수수는 우리들이 먹는 스위트 콘이 아닌, 덴트 콘이라고 하는 사료에 사용하는 종류의 옥수수가 사용되고 있다. 옥수수로부터 전분을 취출하여 발효시키고, 유산을 만든다. 이 유산을 화학적으로 합성시킨 폴리유산(PLA)이 생산된다.

사탕수수의 경우는 사탕수수로부터 설탕을 만들 때에 나오는 짜고 남은 폐당밀(廢糖密)이 사용되고 있다. 폐당밀을 발효시켜 에탄올(바이오 에탄올이라고도 한다)을 만들고, 에탄올을 에틸렌(바이오 에틸렌이라고도 한다)에 화학적으로 전환하여 원료로 하는 것이다. 이렇게 나온 바이오 에틸렌은, 화석자원 유래의 에틸렌과 완전히 동일하기 때문에, 에틸렌을 원료로 하는 플라스틱을 만들어 PLA를 만드는 것이 가능하다. 바이오 에틸렌이 그 대표이다. 또한 폐당밀로부터는 발효에 의해 유산을 얻는 것으로 PLA를 만드는 것이 가능하다. 아주까리는 별로 우리에게 친숙하지 않은 식물인데, 종자에 많은 기름(아주까리 기름)을 함유하고 있고, 이것으로 원료로 하여 이용한다. 아주까리 기름을 원료로 한 바이오매스 플라스틱으로서는 바이오 나일론이나 바이오 폴리우레탄이 있다. 또한, 식물로부터 얻어진 cellulose를 화학반응으로 수식하여 초산 cellulose를 만든다.

이상은 발효나 화학 프로세스에 의한 생산인데, 미생물을 이용하여 만드는 바이오매스 플라스틱도 있다. 지구상에 10만 종류 이상 있다고 하는 미생물 내에는, 당이나 기름을 먹고 자신들의 체내에 플라스틱을 축적하는 미생물이 있다. 유전자 재조합 기술이나 배양기술, 미생물의 채내로부터 플라스틱을 취출하는 기술의 진보에 의해 대량 생산의 기술이 완성되었다. 미생물이 체내에 축적하는 플라스틱은 polyhydroxyalkanoate(PHA)으로 총칭되는 polyester의 일종이다. 이 PHA와 PLA는 생분해성 플라스틱으로도 알려져 있다.

바이오 기술의 진보에 의해, 지금까지는 화석자원 유래의 원료로만 만들어졌던 플라스틱도, 앞으로 바이오매스 유래 원료로 생산 가능하게 되어 가고 있다.

별도의 관점에서

바이오매스 플라스틱의 생산 방법에는, 이하의 3가지가 있다.

발표 프로세스

화학 프로세스

미생물 프로세스

각각의 방법은, 사용하는 원료나 최종 제품의 종류에 대응하여 선택된다.

발효 프로세스

옥수수나 사탕수수로부터 얻어진 glucose 등의 종류를 미생물에 의해 발효시켜, monomer(유산이나 바이오 에탄올)을 생성한다. 발효로 얻어진 monomer를 화학적인 중합 반응에 의해 폴리머로 전환하고, 플라스틱이 성형된다. 유산을 중합하여 PLA를 얻는다. 바이오 에탄올로부터 얻어진 에틸렌을 중합하여 바이오 PE를 만든다.

화학 프로세스

바이오매스로부터 화학적으로 monomer를 추출하고, 이것을 화학적인 중합으로 플라스틱을 만드는 방법이다. 아주까리 등의 식물로부터 추출된 식물유나 cellulose 등의 복잡한 구조를 가진 원료를 활용한다. 식물유를 화학 변환하여 monomer를 생성하여 화학적인 중합 반응에 의해 바이오 PA나 바이오 PU를 만든다. 또한, 식물로부터 얻어진 cellulose를 화학반응으로 수식하여 초산 cellulose를 얻는다

미생물 프로세스

미생물을 이용하여 바이오매스로부터 직접 폴리머를 생성하는 방법이다. 특정 조건 하에서 배양시킨 미생물 바이오매스(통상은 지방산이나 당)를 대사하는 때에 폴리머를 세포 내에 축적한다. 미생물로부터 폴리머를 추출하고, 정제하여 바이오 플라스틱을 만든다. PHA 등의 바이오매스 플라스틱은 이 방법으로 생산된다.