종이는 왜 플라스틱보다 훨씬 빨리 분해되나요?

Question

종이와 플라스틱이 자연에서 분해되는 속도가 크게 다른데, 두 물질의 분자 구조가 어떻게 다르길래 이런 분해 속도 차이가 나타나는지 궁금합니다.

Answer 1

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.

종이가 플라스틱보다 훨씬 빠르게 분해되는 이유는 미생물이 분해할 수 있는 천연 화학 결합 구조인지, 효소가 작동할 수 없는 인공 탄소 사슬 구조인지에 따른 차이 때문입니다.

종이의 성분은 셀룰로오스로 포도당 분자들이 결합된 천연 고분자 물질입니다. 분자 표면에 수산기가 풍부하여 물을 잘 흡수하는 친수성을 가져 수분이 스며들면 분자 간 결합력이 약해지며 미생물이 침투하기 쉬운 환경이 됩니다. 반면, 플라스틱의 성분은 폴리에틸렌으로 석유 화합물에서 추출한 강한 탄소 사슬이 결합된 구조로 합성 고분자 물질입니다. 구조 내에 극성이 없고 물과 잘 결합하지 않는 소수성을 띠어 수분의 침투가 어렵습니다.

종이의 주 성분인 셀룰로오스는 미생물에 의해 효소가 분비되어 포도당으로 분해하고 에너지원으로 흡수하여 이용하지만, 플라스틱은 인공 탄소 사슬 구조로 이를 분해할 효소가 없어 사실상 생물학적 분해는 불가능하며, 오직 자외선에 의한 느린 광분해나 물리적 마찰에만 의존해 분해에 수백 년이 걸립니다.

Answer 2

안녕하세요. 종이가 플라스틱보다 자연에서 훨씬 빨리 분해되는 가장 큰 이유는 두 물질을 이루는 고분자의 화학적 구조와 미생물이 그것을 분해할 수 있는 정도가 크게 다르기 때문입니다. 종이의 주성분은 나무에서 얻는 셀룰로오스인데요, 셀룰로오스는 포도당이 길게 연결된 고분자인데 자연계의 여러 미생물이 셀룰라아제 같은 효소를 이용해 이 결합을 끊을 수 있습니다. 잘게 분해된 셀룰로오스는 결국 미생물의 에너지원으로 이용되면서 물과 이산화탄소 같은 물질로 다시 전환됩니다. 반면 플라스틱은 종류에 따라 다르지만 대표적인 폴리에틸렌이나 폴리프로필렌의 경우 탄소와 수소가 길게 연결된 매우 안정적인 구조를 가지고 있습니다. 특히 탄소와 탄소 사이의 결합이 강하고 물에도 잘 녹지 않기 때문에 자연에 존재하는 미생물이 이를 쉽게 분해하기 어려운데요, 미생물이 이용할 수 있는 효소가 플라스틱의 긴 사슬을 효과적으로 끊기 어려운 것도 중요한 이유입니다. 그래서 플라스틱은 자연환경에서 수십 년에서 수백 년 이상 매우 천천히 변화할 수 있습니다.

게다가 종이는 물을 잘 흡수하고 섬유 사이로 미생물이 접근하기 쉬운 구조라는 점도 분해 속도에 영향을 주는데요, 비가 내리고 습기가 차면 종이가 물을 머금으면서 구조가 약해지고 미생물이 내부로 접근하기 쉬워집니다. 반면 일반적인 플라스틱은 물을 거의 흡수하지 않고 미생물이 표면에 달라붙어도 내부의 고분자 사슬까지 접근하기가 어렵습니다. 하지만 종이라고 해서 항상 빠르게 분해되는 것은 아닌데요, 종이에 방수 코팅이나 플라스틱 코팅이 되어 있거나 잉크와 여러 첨가제가 많이 들어가면 분해 속도가 크게 느려질 수 있습니다. 반대로 일부 플라스틱은 자외선이나 산소의 영향을 받아 먼저 고분자 사슬이 잘게 끊어진 뒤 더 작은 물질로 변화하기도 합니다. 감사합니다.