해양 미세플라스틱 재활용, 환경친화적 방음재 및 단열재로 만들어

문광주 기자 / 기사승인 : 2021-04-21 17:32:59
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(3분 50초)
- 폴리에틸렌, 페트병, 발포 폴리스티렌 형태의 산업 및 가정에서 파쇄된 플라스틱 폐기물 사용
- 알지네이트(Alginate)로 만든 다공성 젤을 플라스틱 입자와 혼합
- 제품은 우수한 단열 특성 지녀 암면 또는 폴리우레탄 폼과 같은 기존 단열재와 쉽게 경쟁 가능

해양 미세 플라스틱으로 만든 단열재
환경친화적인 재활용은 플라스틱 폐기물로 단열재를 만든다.


쓰레기가 유용해짐 :
바다에 떠다니는 미세 플라스틱은 예를 들어 소음 및 열 손실로부터 건물을 단열할 수 있는 효과적인 단열재를 생산하는 데 사용될 수 있다. 이를 위해 알지네이트(Alginate)로 만든 다공성 젤을 플라스틱 입자와 혼합하는 것으로 충분하다. 

 큰 장점은 이러한 재활용 아이디어를 위해 미세 플라스틱은 동일한 유형이거나 완전히 동일한 크기일 필요가 없다. 이것은 바다에서 회수된 플라스틱 폐기물을 사용할 수 있게 한다. 

▲ 일반 단열재처럼 보이지만 재활용 미세 플라스틱이 있는 바이오 기반 폴리머로 구성된다. © Freie Universität Bozen


미세 플라스틱은 심해, 에베레스트산 또는 신체 조직 등 모든 곳에서 발견됐다.
그것에 대해 무엇을 할 수 있을까? 한 가지 가능성은 추가 플라스틱 폐기물을 피하고 분해 가능한 대체물을 개발하는 것이다. 그러나 우리는 이미 환경에 남아있는 플라스틱을 수집하고 재활용하는 방법도 연구하고 있다.

마이크로 플라스틱으로 무엇을 해야할까?

문제는 바다에 떠다니는 미세 플라스틱은 재활용하기 어렵다는 것이다.
"입자는 순수하지 않으며 종종 플라스틱으로 만들어지지 않고 바다 소금으로 코팅된 다른 입자와 혼합된다"고 Bozen에 있는 Free University of Bozen의 마르코 카니아토(Marco Caniato)와 동료들이 설명했다. 이 혼합물로 새로운 플라스틱 물체를 만드는 것은 거의 불가능하다. 결과적으로 이 플라스틱 폐기물은 일반적으로 매립지에 버리거나 소각된다. 

▲ 알긴으로도 알려진 알긴산은 갈조류와 일부 박테리아 (예 : Azotobacter)에 의해 생성된다. 조류에서 이것은 세포벽의 구조적 요소이며 세포간 겔 매트릭스는 조류에게 유연성과 강도를 제공한다. Algin은 습식 공정을 사용해 해조류에서 요오드를 추출 할 때 발생하는 부산물이다. 그러나 식품, 제약 및 화장품 산업에 사용하기 위해 갈조류에서 직접 추출하기도 한다. 알긴산의 염은 일반적으로 알긴산 염으로 불린다. Alginate는 주로 증점제 또는 겔화제로 사용된다.

Photo: Shane Anderson. https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Giantkelp2_300.jpg

 
그러나 Caniato와 그의 팀이 현재 보여주는 것처럼 다르게 할 수도 있다. 그들은 혼합된 마이크로 플라스틱이 단열재로 얼마나 잘 가공될 수 있는지 시험해 보았다.
이에 대한 원동력은 천연 겔화제인 알긴산 나트륨이 겔의 일관성을 가질 뿐만 아니라 더 단단한 다공성 구조를 형성 할 수 있다는 관찰이었다. 이 알지네이트 폼은 마이크로 플라스틱 기반 단열재의 기초로도 사용될 수 있다고 연구팀은 고려했다.

▲ 그림 7. 샘플 VI의 고배율 SEM 이미지; (a) 100 × 및 (b) 500 ×. (출처: 관련논문 Acoustic and thermal characterization

of a novel sustainable material incorporating recycled microplastic waste)


조류 젤에서 단단한 거품까지

실험을 위해 연구진은 입자 크기와 조성이 일반적인 해양 미세 플라스틱에 해당하는 여러 미세 플라스틱 혼합물을 처음으로 생산했다. 이를 위해 그들은 폴리에틸렌, 페트병 및 발포 폴리스티렌 형태의 산업 및 가정 부문에서 파쇄된 플라스틱 폐기물을 사용했다.
그들은 이 입자들을 초기에 여전히 액체인 알지네이트와 혼합했는데, 여기에 결합제로서 탄산칼슘 분말을 이전에 첨가했었다.

탄산염의 칼슘 이온과의 반응으로 인해 알지네이트의 분자 사슬은 연결교리를 형성해 그물 모양의 다공성 염기성 매트릭스를 생성한다. 이 여전히 젤 모양의 폼에서 알지네이트-플라스틱 혼합물은 섬유주를 형성하고 구멍은 물로 채워진다. 이것은 영하 20도에서 12시간 동안 덩어리를 동결 건조하여 제거할 수 있다.


우수한 방음 및 단열 특성

그 결과 마이크로 플라스틱과 알지네이트의 혼합물로 만들어진 단단하고 건조한 경질 폼이 만들어진다. 일관성 및 처리 특성 측면에서 주택 건물이나 방음실에 사용되는 것과 같은 고전적인 단열재와 유사하다. 다음 단계에서 재활용 마이크로 플라스틱으로 만든 폼이 음향 및 열적 특성 측면에서 단열재로도 적합한지 테스트했다.

“우리의 특성화 테스트를 통해 우리 제품은 우수한 단열 특성을 가지고 있으며 암면 또는 폴리우레탄 폼과 같은 기존 단열재와 쉽게 경쟁 할 수 있음을 확인했다”고 Caniato는 말했다.
방음 및 단열 측면에서 마이크로 플라스틱 단열재는 일반적인 재료만큼 성능을 ​​발휘했다.
미세 플라스틱 밀도에 따라 재료가 소리를 흡수하는 주파수 범위를 최적화할 수도 있다.
"비열을 측정한 결과 이 폼이 높은 열저장 용량을 가지고 있는 반면, 그것의 확산 성과 effusiveness는 전통적인 단열재의 그것과 유사하다는 것을 보여준다"라고 과학자들은 말했다. 

▲ 그림 12. 주파수의 함수로서 실험적인 흡음 계수. (출처: 관련논문Acoustic and thermal characterization of a novel sustainable material incorporating recycled micro-plastic waste)

환경친화적인 재활용

연구팀에 따르면, 이 방법은 유익하고 환경친화적인 방법으로 바다에서 혼합된 미세 플라스틱을 재활용할 수 있는 기회를 열어준다. 간단한 생산과 바이오 기반 원료 알지네이트 덕분에 생산 공정조차도 환경친화적이기 때문이다. 그리고 겔화에 필요한 물은 동결 건조 공정이 끝날 때 재사용 할 수 있다.

Caniato는 "지속가능하고 깨끗하며 생태학적 접근 방식을 통해 해양 쓰레기를 재활용하여 생태학적으로 경제적으로 설득력 있는 제품으로 전환할 수 있음을 입증했다"고 강조했다.
지금까지 해수에서 많은 양의 미세 플라스틱을 제거하는 효과적이고 저렴한 방법은 없다.
그러나 이들이 확립되면 단열재에서 회수된 플라스틱 입자에 새로운 이유를 부여 할 수 있다.
(Sustainable Materials and Technologies, 2021; doi: 10.1016/j.susmat.2021.e00274)
출처: Freie Universität Bozen

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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