본문내용
1. 4차 산업혁명과 바이오소재의 미래
1.1. 친환경 바이오소재의 개념
현재 인류가 가장 많이 소비하고 있는 자원 중 하나는 단연 '플라스틱'이다. 플라스틱은 대부분 석유로부터 만들어지는데, 플라스틱을 제작하는 과정에서 많은 유해물질이 발생하게 된다. 또한, 석유화학으로부터 제조된 플라스틱은 재활용이 어렵다는 단점이 있다. 즉, 플라스틱은 탄생에서부터 죽음까지, 모든 과정에서 환경에 악영향을 미치는 소재이다. 이에 따라, 석유화학으로부터 제조되는 소재인 플라스틱, 그리고 폴리에틸렌, 폴리우레탄 등을 식물과 같이 친환경적인 자원으로부터 생산하는 것으로 변화시키려는 연구개발이 활발하게 진행되고 있다.
친환경 바이오 소재에 가장 대표적으로 활용되는 원료는 바로 옥수수이다. 옥수수는 본래 식량자원이지만, 옥수수에 함유된 글루코스 성분은 플라스틱을 만드는 데 활용할 수 있다. 이렇게 식량으로 사용되는 식물자원을 소재 원료로 사용하는 방식을 '1세대 바이오매스(Biomass)'라고 부른다. 환경친화적인 아이디어긴 하지만 한편으로 전 세계적으로는 기아 문제 등 식량 부족으로 인한 어려움이 해결되지 않은 지역도 있는데, 식량으로 소재 개발을 하는 것은 낭비라는 비판도 있었다. 이러한 비판 때문에 수정한 방식이 바로 '2세대 바이오매스'이다. 2세대 방식에서는 식량을 직접적으로 사용하지 않고, 옥수수 껍질이나 쌀 볏짚 같은 버려지는 재료를 활용한다. 현재 전 세계적으로 중점적으로 개발하고 있는 방식이 바로 이 2세대 바이오매스이며, 3세대 방식에 대한 개발도 활발하다. 3세대 방식은 이산화탄소나 부생가스를 활용하는 것인데, 현재 2세대에서 3세대로 넘어가는 과도기적 단계에 있다고 볼 수 있다.
1.2. 바이오매스(Biomass) 개발 사례
바이오매스(Biomass) 개발 사례는 다음과 같다.
옥수수는 본래 식량자원이지만, 옥수수에 함유된 글루코스 성분은 플라스틱을 만드는 데 활용할 수 있다. 이렇게 식량으로 사용되는 식물자원을 소재 원료로 사용하는 방식을 '1세대 바이오매스'라고 부른다. 그러나 전 세계적으로 기아 문제 등 식량 부족으로 인한 어려움이 해결되지 않은 지역도 있어 식량으로 소재 개발을 하는 것은 낭비라는 비판이 있었다. 이러한 비판 때문에 수정한 방식이 바로 '2세대 바이오매스'이다. 2세대 방식에서는 식량을 직접적으로 사용하지 않고, 옥수수 껍질이나 쌀 볏짚 같은 버려지는 재료를 활용한다. 현재 전 세계적으로 중점적으로 개발하고 있는 방식이 바로 이 2세대 바이오매스이며, 3세대 방식에 대한 개발도 활발하다. 3세대 방식은 이산화탄소나 부생가스를 활용하는 것이다.
한편 셀룰로스 나노섬유(CNF, Cellulose Nano Fiber)는 2세대 바이오매스에 해당한다. 나무에서 추출하는 펄프 안에는 셀룰로스(Cellulose)라는 성분이 있는데, 이 셀룰로스를 나노 사이즈로 추출하여 '셀룰로스 나노섬유'를 만들 수 있다. 이 셀룰로스 나노섬유를 플라스틱과 섞어 복합재로 사용할 수 있다. 이처럼 2세대 바이오매스에서는 식량자원이 아닌 부산물이나 폐기물을 활용하여 친환경 소재를 개발하고 있다.
또한 3세대 바이오매스로는 이산화탄소와 미세조류를 활용한 연구가 진행되고 있다. 미세조류가 자라나기 위해서는 이산화탄소가 필요하기 때문에, 온실가스 저감이 이루어진다. 또한, 자라난 미세조류는 탄소섬유 전 단계의 물질이 되기에 에너지원으로 전환될 가능성도 있다. 이처럼 3세대 바이오매스에서는 부산물이나 폐기물이 아닌 이산화탄소와 같은 온실가스를 활용하여 친환경 소재를 개발하고 있다.
1.3. 친환경 소재 적용 사례
자동차 업계에서는 전기차 보급과 함께 친환경 소재 개발에 앞장서고 있다. 토요타의 경우 자회사 방직업체를 통해 인도네시아 농장을 기반으로 바이오매스 연구를 오래전부터 진행해왔다. 우리나라의 현대차와 기아차 역시 친환경 소재 개발에 힘쓰고 있는데, 2014년 출시된 '쏘울EV'부터 바이오 폴리에틸렌을 운전석 모듈에 적용하였다. 바이오 폴리에틸렌은 사탕수수 줄기의 당 성분으로 만든 바이오매스 소재...
