산업용 대마는 다른 많은 식물과 마찬가지로 바이오플라스틱으로 가공할 수 있습니다. 그렇다면 대마가 플라스틱 문제를 해결할 수 있을까요? 바이오플라스틱의 장단점과 대마 기반 포장재의 미래에 대해 살펴봅니다.
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이제 우리가 더 이상 플라스틱을 낭비할 여유가 없다는 것이 분명해야 합니다. 매년 약 4억 톤의 플라스틱이 생산되며, 추정컨대 연간 1천만 톤이 강, 호수, 바다에 흘러들어갑니다. 거대한 쓰레기 섬이 대양을 떠다니고 있고, 수백만의 야생동물이 반영구적인 일회용 제품에 질식하고 있습니다. 미세플라스틱은 환경 어디에나 존재하고 우리의 신체에도 존재합니다. 과학자들은 이제 우리의 모든 장기에서 플라스틱 입자를 발견하고 있습니다.
동시에 플라스틱은 당연히 그럴 만한 이유 때문에 인기가 있습니다. 튼튼하고 고체, 액체, 기체를 안정적으로 보존할 수 있으며, 무게가 거의 없고 대량 생산 시 제조업체에 재정적 부담을 주지 않습니다. 플라스틱 포장재는 많은 국가에서 우리의 복지와 식량 기반을 보장합니다. 독일규격협회(DIN)에 따르면, 일부 국가에서 포장재와 인프라가 부족하면 농산물 손실이 30%에 달할 수 있습니다.
따라서 대안이 존재해야 합니다. 한 가지 해결책은 바이오플라스틱 또는 바이오 폴리머의 사용 증대입니다. 이 재료들은 플라스틱과 매우 유사한 특성을 가지지만 옥수수, 감자, 코코넛, 목재, 또는 대마와 같은 식물 자원에서 유래합니다. 핵심 아이디어는 모든 포장재 및 제품의 탄소가 더 이상 화석 자원에서 오지 않고 재생되는 지속 가능한 원자재에서 나온다는 것입니다. 사용 후에는 환경에 부담을 주지 않아야 합니다. 식물 물질은 자연 순환으로 돌아가지만, 석유에서 추출한 제품은 동물, 토양, 수역을 오염시키고 지하에 저장된 이산화탄소를 환경에 방출합니다.
플라스틱 대체품으로서의 대마
산업용 대마는 매우 빠른 성장 속도를 가지고 있으며 응용 분야가 극히 다양합니다. 그 섬유로부터 많은 제품이 제조됩니다: 밧줄, 직물, 건설 재료, 종이, 식품. 대마가 이러한 광범위한 응용 분야를 가진 이유는 높은 셀룰로오스 함량(목재의 40-50%에 비해 65-70%) 때문입니다. 이 펄프는 주로 제지에 사용되지만, 셀로판, 셀룰로오스 울, 셀룰로이드를 포함한 많은 플라스틱도 이로부터 생산될 수 있습니다.
대마 기반 재료는 많은 곳에서 석유 기반 플라스틱을 대체할 가능성을 가지고 있습니다. 다른 식물 재료와 마찬가지로 대마는 생분해성이며 퇴비화 가능합니다. 바이오플라스틱에 사용되는 다른 식물들과 비교할 때도 우수합니다. 대마는 옥수수와 비교하여 반 정도의 성장 시간, 3분의 1의 물만 필요하며 농토 재생에 기여합니다.
대마 기반 플라스틱의 응용
자동차 산업과 같은 업계들은 성형 부품이나 트렁크 라이닝과 같은 특정 플라스틱 부품에 대해 종종 대마를 사용합니다. 헨리 포드는 이미 그의 첫 자동차 대량 생산을 위해 차체에 대마 섬유를 사용했습니다. 1941년 그는 대마 기반 플라스틱으로 만들어질 자동차를 소개했으며 바이오플라스틱이 큰 미래를 가질 것이라고 예측했습니다. 그러나 대마 금지와 무분별한 석유 사용이 이 꿈을 꺼뜨렸습니다.
제품 디자이너들도 대마 식물의 특별한 특성에 관심을 가지고 있습니다. 대마 섬유 복합재는 강도와 단열 특성 면에서 탁월한 특성을 보입니다. 오늘날 대마로부터 플라스틱을 제조하는 수많은 제조업체가 있습니다.
예를 들어 The Hemp Plastic Company는 100% 대마 기반 PLA 그래뉼을 제공합니다. 재생 원자재로부터의 PLA(폴리락타이드)는 가장 인기 있는 바이오플라스틱 중 하나입니다. 그들은 또한 프로필렌이나 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)과 같은 플라스틱에 최대 25%의 대마 섬유를 혼입합니다. 이는 튼튼한 플라스틱 병과 용기의 경우 적어도 4분의 1의 화석 연료와 유해 배출을 절약합니다.
바이오플라스틱 – 플라스틱 범람의 만능약은 아닙니다
바이오플라스틱이 여러 곳에서 확산되고 있지만, 그것이 기존 플라스틱을 완전히 대체할 수 있을지는 의문입니다. 먼저 바이오플라스틱의 가격은 현재 석유 기반 플라스틱과 대규모로 경쟁하기에는 너무 비쌉니다. 대기업들의 적용 증가로 가격이 내려가기를 희망합니다. 그러나 오늘날과 비슷한 수준의 전 지구적 플라스틱 수요는 식물 기반 대안으로 완전히 충족될 수 없습니다. 식물들은 이를 위해 최대 규모로 들판에서 재배되어야 하는데, 이는 더 많은 단작과 농약 사용을 의미하며 식량 생산과도 경쟁하게 될 것입니다. 그러나 이는 여전히 숫자와 사실로 더 철저히 조사되어야 할 주제입니다!
또 다른 문제는 분해성 및 재활용입니다. 바이오플라스틱은 생분해성이며 심지어 퇴비화 가능하다고 광고합니다. 그러나 이는 오해의 소지가 있습니다. 많은 소비자들은 쓰레기 봉투, 화분 등 바이오플라스틱 제품을 갈색 통이나 심지어 가정용 퇴비에 넣을 수 있다고 생각합니다. 그러나 바이오플라스틱 봉투가 그 성분으로 분해되는 데 걸리는 시간은 일반 음식물 쓰레기보다 훨씬 더 깁니다. 튼튼한 식물 플라스틱이 충분히 분해되려면 산업용 퇴비 시설에서 특정 온도 하에서 몇 개월이 필요합니다. 따라서 퇴비화 업체들은 이러한 재료를 식물성 폐기물 사이에서 매우 꺼려하며 분류해냅니다.
포장재 재활용 시설도 마찬가지입니다. 이들은 표준 플라스틱에 맞게 설계되었으며 바이오플라스틱으로는 할 수 없습니다. 좋은 의도로 생산되고 구매된 재료는 일반적으로 소각장에서 끝납니다. 그리고 동물과 식물도 자연에서 바이오플라스틱 폐기물로 인한 피해를 입을 수 있다는 것이 입증되었습니다: 플리머스 대학교의 2019년 연구에 따르면 생분해성 바이오플라스틱 봉투도 바다에서 3년 후 거의 손상되지 않은 상태였습니다.
대마 바이오플라스틱의 미래
이러한 과제들은 바이오플라스틱 개발을 포기할 이유가 되어서는 안 됩니다. 반대로 산업용 대마 재료의 사용에 있어서 훨씬 더 많은 연구 개발이 필요합니다. 이 분야의 과학적 발견은 금지와 엄격한 규제로 인해 너무 오랫동안 지연되었습니다.
하지만 바이오플라스틱이 현재 기존 플라스틱을 1:1로 대체할 수 없다는 것을 아는 것이 중요합니다. 오히려 대마 기반 재료, 특히 포장재로서 두드러진 특성이 무엇인지 파악하는 것이 유리할 것입니다. 일부 바이오 필름은 특정 식품의 경우 기존 플라스틱보다 더 긴 유통 기한을 달성할 수 있습니다. 일부 산업은 대마 플라스틱으로부터 다른 산업보다 더 많은 이점을 얻을 수 있을 것입니다.
건축재료로든, 직물 가공에서든, 또는 플라스틱용 재생 원자재로든: 대마는 광활한 미래를 앞두고 있으며 기존 제품에 대해 보다 환경 친화적인 대안을 제공하는 데 많이 기여할 수 있습니다. 하지만 환경 보호와 기후 친화성이 정말 중요하다면, 포기 없이는 불가능하다는 것이 명확해야 합니다. 따라서 대마 기반 바이오플라스틱에서도 여전히 다음과 같이 말합니다:
줄이기, 재사용하기, 재활용하기! Reduce, Reuse, Recycle!
대마로부터 플라스틱을 만드는 방법: 자주 혼동되는 세 가지 방법
대마플라스틱의 제조 과정을 찾으면, 거의 항상 같은 단축된 문장에 부딪힙니다: 대마에는 많은 셀룰로오스가 포함되어 있으며 여기에서 플라스틱을 만들 수 있다는 것입니다. 이는 맞지만 세 가지 방법 중 하나만 설명합니다. 대마플라스틱이라는 포괄적인 용어 뒤에는 기술적으로 완전히 다른 세 가지 절차가 있습니다. 이들은 완성된 재료에서 식물이 수행하는 역할에 따라 다릅니다.
첫 번째이자 가장 흔한 방법은 천연 섬유 강화 플라스틱(NFK로 약칭)입니다. 이 경우 준비된 대마 섬유 또는 분쇄된 호저(대마 줄기의 우디 코어)를 플라스틱 매트릭스에 혼입합니다. 섬유는 유리 섬유가 수행하는 역할을 맡습니다: 부품을 경화시키고 무게를 줄입니다. 폴리머 자체는 변하지 않으며, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 또는 바이오플라스틱일 수 있습니다. 일반적인 섬유 함량은 20~50%입니다. 유럽 자동차 산업에서 이 공정은 수십 년간 표준입니다. 독일에서 제조된 차량에는 평균 약 3.6kg의 아마, 대마 또는 면으로 된 천연 섬유가 포함되어 있습니다. 이들은 주로 도어 패널, 등받이, 천장 라이닝 및 트렁크 라이닝에 설치됩니다. 언더바디 패널에서 실험적으로 최대 45%의 천연 섬유 함량이 달성되었습니다.
두 번째 방법은 셀룰로오스 유도체를 통한 것입니다. 여기서 식물의 셀룰로오스는 화학적으로 변환되어 폴리머 백본을 형성합니다. 이 계열에는 안경테와 필터 요소에 사용되는 셀룰로오스 아세테이트와 셀룰로오스 하이드레이트(더 잘 알려진 셀글라스 또는 셀로판)가 포함됩니다. 역사적인 셀룰로이드도 이 방법으로 생성되었습니다. 이러한 재료들에서만 식물이 정말로 플라스틱이 됩니다. 이 경로는 기술적으로 까다롭고 지속 가능성의 약속과 자동으로 맞지 않는 화학물질이 필요합니다.
세 번째 경로는 발효로 생성된 바이오폴리머입니다. 식물 설탕으로부터 박테리아가 젖산을 생성하며, 이로부터 폴리락타이드가 구축될 수 있습니다. 이와 관련된 것들은 미생물이 저장 물질로 직접 생성하는 폴리하이드록시알카노에이트입니다. 오늘날 산업용 원자재는 옥수수 또는 사탕수수 설탕이지만 대마는 아닙니다. 대마 바이오매스는 원칙적으로 시작 물질로 적합하지만 기존 시설에서는 실제로 역할을 하지 않습니다.
| 공정 | 대마의 역할 | 전형적인 대마 함량 | 생분해성 | 전형적인 응용 |
|---|---|---|---|---|
| 천연 섬유 강화 플라스틱(NFK) | 강화 섬유 또는 충전재, 폴리머 아님 | 20~50% | 기질도 생분해성인 경우만 | 도어 패널, 트렁크 라이닝, 성형 부품 |
| 셀룰로오스 유도체(셀룰로오스 아세테이트, 셀룰로오스 하이드레이트) | 셀룰로오스가 폴리머 백본을 형성 | 재료의 기본 성분 | 치환도에 따라, 셀룰로오스 하이드레이트는 잘 생분해됨 | 셀글라스 필름, 안경테, 필터 요소 |
| 발효 바이오폴리머(PLA, PHA) | 이론적 설탕 공급원, 산업적으로 아직 사용되지 않음 | 실제로는 0 | PLA는 산업 퇴비화 가능, PHA는 토양에서도 가능 | 포장 필름, 음료 컵, 3D 프린트 필라멘트 |
| 소위 대마-PLA 그래뉼 | PLA 복합재에서 대마 분말 또는 대마 호저 | 일반적으로 20~30% | 복합재의 인증에 따라 | 사출 성형 부품, 포장 쉘, 하우징 |
대마 기반이 자동으로 대마를 의미하지 않는 이유
이러한 구분으로부터 전체 주제 분야에서 가장 중요한 용어 차이가 따릅니다. 제조업체가 대마 기반 그래뉼을 제공할 때, 이는 일반적으로 복합재를 의미합니다. 널리 사용되는 레시피는 약 30%의 미세하게 분쇄된 대마 호저와 약 70%의 옥수수 전분으로부터의 폴리락타이드로 구성됩니다. 대마 기반이라는 단어는 여기서 원료의 생물학적 성분을 설명하며, 폴리머의 출처를 설명하지 않습니다. 이를 구분하지 않으면 섬유 강화 복합재를 식물로부터의 새로운 플라스틱으로 착각합니다.
이와 독립적으로, 두 번째 차이가 더 자주 혼동됩니다: 생물 기반과 생분해성은 두 개의 별도 특성입니다. 사탕수수로부터의 바이오 폴리에틸렌은 완전히 재생 원자재로 구성되며 화학적으로 화석 폴리에틸렌과 동일합니다. 따라서 분해되지 않습니다. 반대로 폴리부틸렌 아디페이트-테레프탈레이트(PBAT)는 잘 생분해되지만 여전히 석유로부터 제조됩니다. 따라서 재료는 생물 기반이면서 생분해되지 않을 수 있고, 생분해되면서도 화석이거나, 둘 다이거나, 둘 다 아닐 수 있습니다.
대마의 경우 이는 불편한 결과를 초래합니다. 폴리프로필렌 매트릭스에 40% 대마 섬유가 있는 도어 패널은 화석 원자재와 무게를 절약합니다. 그렇다고 해서 퇴비화 가능한 것은 아닙니다. 매트릭스가 분해 행동을 결정하기 때문입니다. 정확히 이러한 부품이 대마가 오늘날 산업적으로 실제로 사용되는 영역입니다. 따라서 이점은 처분이 아닌 자원과 무게에 있습니다. 진정한 대마 폴리머에 대한 연구는 계속되고 있습니다. 그들이 현재 어디에 있는지 보여주는 것은 미국으로부터의 재료 시험이며, 우리는 실험실에서 폴리칸나비디올 카보네이트에 대한 기고문에서 보도했습니다.
대마 대신 플라스틱: 현실적으로 대체 가능한 것
규모가 기대를 정한다. 2025년 생물 기반 플라스틱의 전 세계 생산 용량은 약 231만 톤이었습니다. 실제로 생산된 것은 약 167만 톤이었으며, 시설의 평균 가동률은 72%였습니다. 이에 비해 매년 총 생산되는 플라스틱은 약 4억 3,100만 톤입니다. 모든 바이오플라스틱을 합치면 세계 수요의 약 0.5%를 충족합니다. 2030년까지 용량이 약 469만 톤으로 대략 두 배가 될 것으로 예상됩니다. 대마가 차지하는 비중은 이 0.5% 내에서 여전히 틈새 시장입니다.
따라서 현실적으로 대체 가능한 것은 먼저 섬유가 강점을 발휘하고 누구도 투명성이나 높은 배리어 효과가 필요하지 않은 응용 분야입니다. 여기에는 차량 내부의 반구조적 부품, 두꺼운 벽의 성형 부품, 하우징, 화분, 운송 상자 및 성형 섬유 포장재가 포함됩니다. 이러한 제품에서 대마 섬유는 유리 섬유 또는 탈크를 대체하고 동시에 무게를 줄입니다. 셀룰로오스 필름도 가능한 길이지만, 거의 대마로부터 제조되지 않습니다.
플라스틱이 오늘날 비길 데 없이 우월한 곳에서는 대체가 훨씬 어렵습니다. 산소 배리어를 가진 얇고 고도로 투명한 식품 필름이 여기에 해당하며, 의료 제품, 전기 절연 및 지속적으로 습하거나 뜨거운 상태로 유지되는 모든 것도 마찬가지입니다. 게다가 재료와는 무관한 병목이 있습니다. 독일에는 대규모로 사용 가능한 공학용 섬유로 대마 짚을 처리할 수 있는 해리 시설이 부족합니다. 우리는 대마 섬유용 부족한 인프라에 대한 기고문에서 이 차이를 자세히 설명했습니다. 이것이 존재하는 한, 확대를 제한하는 것은 화학이 아니라 처리입니다.
일회용 금지 및 포장 규정은 바이오플라스틱에도 적용됩니다
한 가지 포인트는 조언 텍스트에서 정기적으로 잘못 표현됩니다: 제품이 대마나 다른 바이오플라스틱으로 만들어졌다고 해서 유럽의 일회용 금지에서 벗어나지 못합니다. 지침(EU) 2019/904는 특정 플라스틱 제품이 환경에 미치는 영향 감소에 대해 생물 기반 및 생분해성 플라스틱을 명시적으로 포함합니다
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