옥수수로 플라스틱을 만들수 있다는데 어떤 화학적 원리가 반영된 것인가?

Question

최근 석유 화학물의 유해성을 대신하여 옥수수와 같은 바이오 기술이 반영된 플라스틱이 만들어진다고 하는데, 어떤 화학적 원리가 반영된 것인지 궁금합니다.

Answer 1

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.

옥수수로 플라스틱을 만드는 원리는 바이오폴리머 합성 과정에 있습니다. 옥수수에는 전분이 풍부하게 들어 있는데, 이를 화학적으로 처리하면 포도당과 같은 단당류로 분해할 수 있습니다. 이후 미생물 발효 과정을 통해 젖산을 얻고, 이 젖산을 중합 반응으로 연결하면 폴리락타이드라는 고분자 물질이 형성됩니다. 폴리락타이드는 석유 기반 플라스틱과 유사한 성질을 가지면서도 생분해성이 있어 환경 부담을 줄일 수 있습니다.

즉, 옥수수 플라스틱은 전분 → 포도당 → 젖산 → 폴리락타이드라는 화학적 변환 과정을 거쳐 만들어지며, 핵심은 작은 분자인 젖산이 반복적으로 연결되어 고분자 사슬을 이루는 중합 반응입니다. 이는 석유 화학에서 사용하는 합성 고분자 제조 방식과 유사하지만, 원료가 석유가 아닌 재생 가능한 바이오매스라는 점에서 차별성이 있습니다.

따라서 옥수수 기반 플라스틱은 화학적으로는 고분자 합성의 원리를 따르면서, 원료 측면에서는 친환경적이고 지속 가능한 대안으로 자리 잡고 있다고 할 수 있습니다.

Answer 2

안녕하세요.

말씀하신 것처럼 옥수수로 플라스틱을 만들 수 있는데요, 이는 식물 유래 탄소를 이용해 기존 석유계 고분자를 대체하는 방식입니다. 옥수수는 대부분의 성분이 전분이라는 탄수화물로 이루어진 식물인데요, 전분은 포도당이 반복적으로 연결된 다당류입니다. 이 전분을 물과 효소를 이용해 분해하면 단당류인 포도당으로 전환할 수 있습는데, 다음으로 이 포도당을 미생물에 의해 발효시켜 젖산으로 전환합니다. 포도당이 젖산으로 바뀌는 과정은 해당과정과 발효 대사 경로를 거치며, 화학적으로 보면 탄소 골격은 유지된 채 산화-환원 상태가 조정되는 반응이며 이 젖산이 바로 옥수수 기반 플라스틱의 직접적인 원료가 됩니다.

다음으로 본격적인 플라스틱이 만들어지는 화학적 핵심 과정이 진행되는데요, 우선 젖산 분자는 하이드록실기와 카복실기를 동시에 가진 하이드록시산입니다. 이런 분자들은 서로 축합중합을 일으킬 수 있는데요 즉, 한 젖산 분자의 –OH와 다른 젖산 분자의 –COOH가 반응하면서 물이 빠져나가고, 그 자리에 에스터 결합이 형성됩니다. 이 반응이 반복되면 젖산이 길게 연결된 고분자, 즉 폴리젖산이라는 생분해성 플라스틱이 만들어지는 것입니다. 이와 같은 방식으로 만들어진 플라스틱은 친환경적이라고 볼 수 있는데요, 이는 탄소의 출처 때문입니다. 원래 일반적인 석유계 플라스틱은 수천만 년 전의 탄소를 끌어올려 대기 중 CO₂를 증가시키지만, 옥수수 기반 플라스틱은 광합성을 통해 최근에 고정된 탄소를 다시 순환시키는 구조입니다. 또한 에스터 결합을 가지기 때문에, 수분과 미생물 효소에 의해 가수분해되어 최종적으로 물과 이산화탄소로 분해될 수 있습니다. 감사합니다.