농지의 미세플라스틱 제거

Jul 13, 2023

2021년 10월 1일

프라운호퍼 소사이어티

많은 국가에서 농부와 정원사는 작물 수확량을 늘리기 위해 뿌리덮개 필름을 사용합니다. 필름은 폴리에틸렌으로 만들어지는 경우가 많으며 잡초 성장, 토양 온도 및 물 소비를 제어하는 ​​데 사용할 수 있습니다. 불행하게도 석유 기반 물질은 생분해되지 않습니다. 결과적으로, 필름 잔여물은 시즌이 끝날 때 상당한 노력을 기울여 수집해야 하며, 그렇지 않으면 밭을 오염시킬 것입니다. NewHyPe 프로젝트의 일환으로 Fraunhofer 규산염 연구 연구소(ISC)의 연구원들은 유럽 파트너들과 협력하여 보호 하이브리드 코팅이 된 지속 가능하고 생분해성 뿌리덮개 종이를 개발하고 있습니다.

플라스틱 쓰레기는 바다뿐만 아니라 농경지도 오염시킨다. 바이로이트 대학의 연구에 따르면 일반 농경지에서도 크고 작은 플라스틱 입자가 검출될 수 있다고 합니다. 농업 및 원예 분야에서 화단이나 농경지의 토양을 덮고 있는 뿌리 덮개 필름은 오염을 유발합니다. 이는 성장 기간을 연장하고 잡초를 줄이는 것뿐만 아니라 증발을 줄이고 토양의 수분 균형을 개선하기 위한 것입니다.

석유계 폴리에틸렌(PE)으로 만든 필름은 수확 후 수거해야 합니다. 이것은 일반적으로 잔류물을 남깁니다. 결과적으로, PE 잔류물은 수십 년 동안 토양에 남아 미생물이 이를 분해할 수 없기 때문에 그곳에 축적됩니다. PE 조각은 토양에 물리적 영향을 미치고 먹이 사슬에 들어갈 수 있습니다. 폴리락트산으로 만든 생분해성 필름은 이미 시중에 나와 있지만 가격이 매우 비쌉니다. 뷔르츠부르크에 있는 Fraunhofer ISC의 연구원 팀은 생분해성, 지속 가능한 대안을 개발하기 위한 NewHyPe 프로젝트에서 독일, 핀란드, 노르웨이의 연구 및 산업 파트너와 협력하고 있습니다. 대형 필름을 대체할 환경 친화적인 필름은 가격이 저렴하고 대량 생산이 가능해야 합니다.

프로젝트 파트너는 지속 가능한 필름 개발을 위해 셀룰로오스 기반 종이를 사용합니다. "종이의 장점 중 하나는 잔여물을 남기지 않고 매우 빠르게 분해될 수 있다는 것입니다. 하지만 현재 이 과정은 너무 빠릅니다. 이 재료는 전체 농사 시즌을 거치지 않습니다. 비가 몇 번 내리면 재료가 부드러워지고 보호 기능이 강화됩니다. 더 이상 효과적이지 않습니다.”라고 Fraunhofer ISC의 연구원인 Klaus Rose 박사는 말합니다. 결과적으로, 종이를 안정화하고 급격한 분해를 방지하기 위해서는 기능성 코팅이 필요합니다. 보호용 하이브리드 코팅은 ORMOCER로 만들어졌습니다. 이러한 무기-유기 하이브리드 폴리머의 소재 클래스는 30여년 전 Fraunhofer ISC에서 개발되었습니다. "코팅은 일반적으로 호환되지 않는 유기 중합체와 무기 규산염이라는 두 가지 다른 성분으로 구성됩니다. 그러나 결합하면 분해성을 유지하면서 화학적, 기계적 안정성을 제공합니다"라고 연구원은 설명합니다. 대체 물질은 약 3~6개월의 농사 기간 동안 지속되어야 하며 그 후 완전히 분해되어야 합니다. 첫 번째 테스트에서는 종이 코팅이 습윤 강도를 증가시켜 코팅되지 않은 종이보다 더 안정적이라는 사실이 입증되었습니다. 또한, 퇴비화 테스트에서는 코팅된 물질이 더 천천히 분해되는 것으로 나타났습니다.

안정화 기능성 코팅 외에도 프로젝트 파트너는 ORMOCER가 통합된 기능성 셀룰로오스와 매우 높은 길이 대 두께 비율로 인해 높은 고유 안정성을 특징으로 하는 기능성 나노셀룰로오스로 만들어진 완전히 새로운 하이브리드 멀치 종이를 개발하고 있습니다. 여기에는 셀룰로오스 섬유를 하이브리드 폴리머 바인더로 결합하고 접착제처럼 개별 섬유를 가교시키는 작업이 포함됩니다. 메쉬 밀도는 안정성에 영향을 미칩니다. 이 바인더 시스템은 효과적으로 코팅 역할을 합니다. 결과적으로 하이브리드 종이에는 추가 코팅이 필요하지 않습니다. "종이는 소수화되어야 합니다. 즉 발수성이 있어야 합니다. 또한 일반 종이보다 찢어짐 방지 기능이 더 좋아야 합니다. 기계적 안정성과 UV 저항성이 중요한 특성입니다. 수확 후에는 땅에 갈아야 합니다." 화학자가 설명합니다. 복합재의 최적은 실제 과제입니다. 이것이 완전히 개발되자마자 포장 산업도 새로운 소재의 혜택을 누릴 수 있습니다. Rose는 "플라스틱 필름 대신 생분해성 종이가 환경 보호에 크게 기여할 것"이라고 말했습니다.