- 대마 속대 폐기물을 수분조절·표면처리 기술로 가공하여 보강재로 활용, 생분해 필름 강도 26% 향상

- 다양한 농업 부산물을 고부가가치 셀룰로오스 소재로 전환하는 순환경제형 기술 기대

▶ 농업 부산물 '대마 속대'로 생분해 플라스틱 강도를 높이는 기술이 개발됐다. 콩대·볏짚 등 대규모 부산물에도 활용 확대가 기대된다.

ㅇ 한국화학연구원(원장 신석민) 김호용 박사팀은 삼베 옷감 등에 쓰이는 산업용 대마(헴프, Hemp)의 줄기 폐기물로부터 셀룰로오스를 얻고, 미세섬유 구조를 유지하는 건조 기술을 적용하여 생분해 플라스틱의 강도를 높이는 보강재로 활용했다.

▶ 전분(TPS)과 PBAT를 합친 전분·PBAT 생분해성 필름은 땅에서 분해가 가능해 친환경 포장재·농업용 멀칭 필름으로 주목받지만 잘 찢어지고 수분에 약했다. 목화·나무(펄프)에서 얻은 셀룰로오스를 미세섬유로 만들면 보강재로 쓸 수 있지만, 미세화·가공 공정 등으로 인해 비싸다.

ㅇ한편 산업용 대마는 경상북도 안동시 등에 규제자유특구를 지정받아 재배되고 있다. 껍질을 섬유로 쓰고 남은 속대는 줄기 무게의 70%를 차지할 만큼 양이 많지만, 마땅한 쓰임새가 없어 활용도가 낮았다. 버려지는 속대를 상용 펄프 대신 미세섬유 원료로 활용하면 폐기물·원료비 부담을 동시에 줄일 수 있다.

ㅇ다만 뽑아낸 셀룰로오스 미세섬유를 일반적인 방식으로 건조하면 섬유끼리 단단히 뭉치는 문제가 있었다. 생분해성 필름에 섬유가 골고루 퍼져 힘을 나눠 받아야 튼튼한데, 덩어리로 뭉치면 힘을 제대로 받지 못해 쉽게 찢어지기 때문이다.

ㅇ동결건조나 분무건조로 뭉침을 막을 수 있지만 에너지와 설비 비용이 높아 대량 생산에 맞지 않았다. 결국 미세섬유 구조를 유지하여 뭉치지 않으면서도 저렴하고 간단한 건조 방법이 오랜 과제로 남아 있었다.

▶ 연구팀은 일반 열 건조 방식을 사용하되, 대마 속대 셀룰로오스의 미세섬유 뭉침을 최소화하도록 수분 함량을 조절하고, 표면에 저렴한 화학 물질(알킬케텐다이머, AKD)을 처리하는 두 단계 기술로 해결했다.

ㅇ식물 섬유는 특성이 크게 변화하는 고유한 수분함량 지점이 있다. 스펀지의 구멍 사이에 있는 물(자유수)은 모두 빠져나가고 스펀지 조직 자체의 물(결합수)만이 존재하는 지점인데, 일반적으로 약 30%에 해당한다. 수분량이 이 지점 이하로 떨어지면 섬유 내부 수분이 마르기 시작하여 미세섬유가 서로 강하게 들러붙어 뭉치게 된다.

ㅇ연구팀은 대마 속대 섬유로 미세섬유를 제조하고, 이 임계 수분 함량(섬유포화점)을 정밀하게 찾아내어 적정 수분을 유지한 상태에서 섬유를 갈아냈다. 섬유가 서로 엉겨 붙는 상태가 되기 전 가공 공정을 거쳐 뭉치는 현상을 미리 방지한 것이다.

ㅇ여기에 섬유 표면을 미끄러운 화학물질로 코팅해 섬유끼리 들러붙는 것을 한 번 더 막았다. 두 방법을 함께 쓰자 값비싼 동결건조 없이 일반 오븐 건조만으로도 미세섬유가 뭉치지 않고 본래의 섬유 구조를 유지할 수 있었다.

ㅇ이 기술을 적용한 대마 속대 셀룰로오스를 전분·PBAT 필름에 10% 섞은 뒤, 당길 때 끊어지지 않고 버티는 힘을 평가했다. 기존 방식으로 말린 미세섬유는 필름 강도를 1.5% 향상시킨 데 그친 반면, 이번 기술을 적용한 경우는 26.2%가 향상됐다. 수증기·산소가 통과하는 양도 각각 17%, 9% 줄어 물과 공기를 차단하는 성능도 개선됐다.

▶ 이 기술은 콩대·볏짚 부산물 등 다양한 셀룰로오스계 자원에 활용할 수 있어, 추가 연구를 계획 중이다. 김호용 박사는 "농업 부산물의 고부가가치화 성과"라고 말했고, 화학연 신석민 원장은 "탄소중립 시대에 걸맞는 포장재 개발에 앞장서겠다"라고 밝혔다.

ㅇ이번 성과는 화학공학 분야 국제학술지 'Chemical Engineering Journal(IF: 12.5)'에 2026년 7월 게재됐다. 이번 연구는 화학연 기본사업, 산업통상자원부 바이오산업기술개발사업(No.20017973) 및 농촌진흥청 농업과학기술 협력연구(RS-2025-02263976)로 수행됐다.

* (2026년 7월 논문 링크 주소) : https://doi.org/10.1016/j.cej.2026.179503

출처 : 한국화학연구원 KRICY Channel_보도자료(2026.09.13.)