'골칫덩이' 낙엽으로 미세플라스틱 없는 생분해성 멀칭 필름 개발

KAIST 건설및환경공학과 명재욱 교수팀, 낙엽 활용한 생분해성 농업용 필름 개발
유해 화학용매 대신 ‘물’ 기반 공정 적용... 미세플라스틱 걱정 없는 농업 기대

활용도가 낮은 낙엽을 업사이클링하여, 자연 토양에서 생분해되는 멀칭 필름으로 전환하는 친환경 전략과 지속가능한 플라스틱 농업(plasticulture) 적용 개념. 사진=카이스트 제공

[충청투데이 조정민 기자] 매년 가을이면 도심과 농촌을 막론하고 산더미처럼 쌓이는 낙엽은 지자체와 농가에서 처리에 애를 먹는 폐기물에 불과했다.

쓸모없이 버려지던 낙엽이 농촌 토양의 주요 오염원인 폐플라스틱 멀칭 비닐을 대체할 핵심 자원을 거듭났다.

1일 KAIST에 따르면 건설및환경공학과 명재욱 교수 연구팀은 대전 갑천 인근과 캠퍼스 내에서 수거한 낙엽을 주원료로 토양에서 자연 분해되는 친환경 농업용 멀칭 필름을 개발하는 데 성공했다.

이번 연구는 식량 자원과 충돌하지 않는 비식용 바이오매스를 활용했다는 점과 제조 과정에서 유해 화학 용매를 배제했다는 점에서 주목을 받는다.

농촌에서 잡초 억제와 수분 유지를 위해 사용하는 멀칭 필름은 현대 농업의 필수재로 불린다.

그러나 기존 폴리에틸렌(PE) 기반 필름은 수거가 어렵고, 토양에 남은 미세플라스틱 파편이 작물 생육을 저해하는 고질적인 문제를 안고 있다.

명재욱 교수팀은 낙엽의 세포벽에서 고강도 천연 나노섬유인 '나노셀룰로오스'를 추출해 이 문제의 실마리를 풀었다.

연구팀은 구연산과 염화콜린을 배합한 친환경 용매(DES)를 사용해 낙엽에서 핵심 성분을 뽑아내고, 이를 생분해성 고분자인 폴리비닐알코올과 결합했다. 기존의 복잡한 화학 공정 대신 '물'을 매개로 한 수계 기반 공정을 채택해 생산 과정에서 환경 부하를 획기적으로 낮췄다.

복합 수소결합 상호작용을 통해 멀칭 필름이 형성되는 제조 공정 및 자기조립 메커니즘의 개략도. 사진=카이스트 제공

연구팀의 실험 결과, 이 '낙엽 필름'은 기존 플라스틱 필름의 기능을 충실히 수행했다. 자외선 차단 능력은 물론 14일간 토양 수분 손실을 약 5% 수준으로 억제하는 우수한 보습 성능을 보였다. 실제 호밀풀 재배 시험에서도 필름을 사용하지 않았을 때보다 월등한 생장 상태를 확인했다.

가장 고무적인 대목은 생분해 속도다. 토양 매립 후 약 115일이 지나자 34.4%가 분해되어 기존에 시판된 생분해성 제품들보다 빠른 속도를 기록했다. 분해 과정에서 식물 독성이 발견되지 않아 수확 후 남은 비닐을 강제로 수거할 필요 없이 그대로 경운(땅 갈기)하여 퇴비화할 수 있다는 점이 농가 일손 부족 해소에도 기여할 것으로 보인다.

낙엽의 경우 발생 시기가 가을에 집중돼 있어 안정적인 원료 수급을 방안과 대량 생산 시 기존 석유계 비닐과 가격 경쟁력 확보 등이 상용화의 관건이 될 전망이다.

명재욱 교수는 "이번 연구는 낙엽을 단순 폐기물로 보지 않고 농업 환경을 보호하는 고부가가치 소재로 재정의했다는 데 의미가 있다"며 "향후 생분해 속도를 조절하고 공정 효율을 높여 지속가능한 농업 플라스틱 생태계를 구축해 나갈 것"이라고 말했다.

이번 연구 성과는 국제 학술지 '그린 케미스트리(Green Chemistry)'의 2026년 2월호 표지 논문으로 게재돼 학술적 가치를 인정 받았다.

조정민 기자 jeongmin@cctoday.co.kr