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| 버려진 낙엽이 ‘분해되는 농업용 필름’으로 변신 | |||||||
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| 번호 | 216 | View | 39 | 등록일 | 2026-04-30 | 주제별 분류 | 기술 |
| KAIST 연구팀, 낙엽에서 추출한 성분을 활용해 사용 후 땅속에서 자연스럽게 분해되는 친환경 농업용 멀칭 필름 개발 - (필요성) 농업 현장에서 멀칭 필름(Mulching Film)은 잡초 억제와 토양의 수분 유지를 위해 사용하는 필수 자재임. 대부분의 멀칭 필름은 폴리에틸렌 소재로 제작되는데, 사용 후 완전한 수거가 어려워 토양에 잔여물이 남게 됨. 이러한 잔여물은 미세플라스틱으로 분해되어 환경 오염의 원인이 되고 있어 이를 대체할 수 있는 새로운 소재의 개발이 요구됨. - (개발내용) 낙엽에서 추출한 리그노셀룰로오스 나노섬유(Lignocellulosic Nanofiber, LCNF)와 생분해성 폴리비닐알코올(Polyvinyl Alcohol, PVA)을 결합하여 복합 필름을 개발함. 특히 전 공정을 유해 유기용매 없이 물 기반 공정만으로 수행하여 친환경성을 높임. 구체적으로, 연구진은 분쇄한 낙엽 가루를 깊은 공융 용매(Deep Eutectic Solvent, DES)에 넣어 100°C에서 3시간 동안 교반함. 용매(DES)는 구연산(Citric Acid), 염화콜린(Choline Chloride)을 혼합하여 만든 용매로, 단단한 식물 세포벽 구조를 허물어 나노섬유(LCNF)를 효율적으로 추출하도록 함. 교반시킨 반응물을 4000 rpm, 5분 동안 원심분리하여 불순물이 제거된 깨끗한 슬러리(slurry)를 회수함. 회수한 슬러리를 물에 분산시킨 뒤, 800W 출력의 초음파 처리를 통해 물리적으로 분쇄하여 나노섬유(LCNF) 현탁액을 얻음. 이를 셀룰로오스 나노결정(Cellulose Nanocrystal, CNC) 및 폴리비닐알코올(PVA)과 혼합하고, 가소제인 글리세롤을 첨가하여 복합 용액을 제조함. 최종적으로, 이 복합 용액을 상온 증발 유도 자기조립(EISA) 공정으로 멀칭 필름을 완성함. 이 공정은 상온에서 물이 서서히 증발하는 과정에서 나노섬유(LCNF)와 나노결정(CNC), 고분자(PVA)가 자발적으로 정렬 및 자기조립 되도록 유도하는 방식임. 이때 필름 내부에 치밀한 수소결합 네트워크가 형성되어 별도의 공정 없이도 필름의 기공 구조를 감소시키고 기계적 강도와 구조적 안정성을 갖춤 ![]() <복합 수소결합 상호작용을 통해 멀칭 필름이 형성되는 제조 공정 및 자기조립 메커니즘의 개략도> 개발한 낙엽 필름을 시험한 결과, 기능성, 생분해성 면에서 우수한 성능을 보임. ① 자외선 차단 : 200~800nm 파장 대역에서 투과율을 측정한 결과, 이 필름은 식물 성장에 해로운 중파장(UVB, 280~320nm) 및 장파장(UVA, 320~400nm) 자외선을 100% 차단하여 토양 보호와 잡초 억제에 탁월한 성능을 보임 ② 보습 및 생장 촉진 : 10g의 토양과 12mL의 물을 채운 화분 시험 결과, 필름을 덮은 토양은 14일간 수분 손실을 약 5% 수준으로 억제하는 강력한 보습력을 보임. 또한 16시간 광조사(5500 lux)와 8시간 암실 조건의 실제 일주기를 모사한 환경에서 재배한 결과, 필름을 사용하지 않은 토양에 비해 호밀풀(Ryegrass)의 중량과 길이가 유의미하게 증가함 ③ 생분해 및 안전성 : 숲과 갑천 변에서 수집한 자연 토양을 활용해 ISO 17556 표준에 따라 실험한 결과, 25 ± 0.5℃의 암실 조건에서 약 115일 만에 34.4%가 분해되는 것을 확인함. 또한 분해 과정에서 미세플라스틱을 남기지 않고 이산화탄소와 물 등으로 환원됨. 호밀풀(14일 관찰)과 다채(55일 관찰)를 이용한 OECD 208 식물 독성 시험에서 발아 및 초기 생장에 유해 영향이 전혀 나타나지 않아 토양 안전성을 입증 - (기대효과) 개발된 멀칭 필름은 폐자원인 낙엽을 원료로 활용함으로써, 자원순환 및 업사이클링 기술을 구현함. 또한 유해 유기용매 없이 물 기반 공정만으로 제조가 가능하여 친환경 공정 기술로서의 활용 가치도 높을 것으로 전망됨. 아울러 분해 과정에서 식물 독성이 나타나지 않아 토양 안전성을 확보하였으며, 향후 탄소중립 실현 및 지속 가능한 친환경 농업 기술 확대에 기여할 것으로 기대됨 |
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