(Rahman holds the bioplastic, made of bacterial cellulose, that could replace plastic. Credit: University of Houston)
(Biosynthesis, characterization and performance evaluation of bacterial cellulose-hexagonal boron nitride (BCBN) hybrid nanosheets. Credit: Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-60242-1)
플라스틱 쓰레기는 21세기 인류와 지구 환경을 위협하는 심각한 문제로 매년 점점 더 사용량과 폐기량이 늘어나면서 문제가 점점 더 심각해지고 있습니다. 이제 지구의 거의 모든 생물에서 미세 플라스틱을 발견할 수 있을 정도입니다. 하지만 매일 우리의 일상 생활에서 쉽게 사용하고 버릴 수 있는 플라스틱의 필요성 역시 부인할 수 없는 게 사실입니다.
과학자들은 플라스틱의 대체 물질을 찾기 위해서 많은 노력을 기울이고 있습니다. 이 가운데 주목 받고 있는 물질이 식물 세포벽의 주요 성분인 셀룰로오스 (Cellulose)입니다. 셀룰로오스는 자연에 매우 흔한 폴리머일 뿐 아니라 자연계에서 쉽게 분해되어 사라집니다. 인간을 포함한 다른 생물들이 이를 섭취하더라도 건강에 문제가 없으며 오히려 식이섬유의 주 성분으로 건강에 유익할 수 있습니다. 그런 만큼 셀룰로오스를 이용해 일부 플라스틱의 대체품을 만드려는 시도는 이전부터 있어 왔습니다.
하지만 셀룰로오스를 플라스틱 대체품을 개발하는 것은 생각처럼 간단한 문제는 아닙니다. 예를 들어 종이 빨대도 주 성분이 셀룰로오스이지만, 제품의 품질 면에서 플라스틱 빨대와 비교해 실망스러운 수준이고 이를 만들기 위해 나무를 베어야 한다는 모순이 있어 과연 친환경 제품인지 의구심이 드는 상황입니다.
과학자들이 주목하는 대안은 바로 박테리아를 이용한 셀룰로오스 생산입니다. 박테리아는 열매나 다른 부분을 만들지 않기 때문에 더 효과적으로 셀룰로오스를 생산할 수 있습니다. 문제는 박테리아가 생산한 단순한 셀룰로오스 덩어리로 플라스틱처럼 다양하게 가공하기 쉽지 않다는 것입니다. 예를 들어 PET처럼 투명한 병을 만들거나 필름처럼 만들기 쉽지 않습니다.
휴스턴 대학의 막수드 라흐만 교수 (University of Houston assistant professor of mechanical and aerospace engineering, Maksud Rahman) 연구팀은 독특한 해결책을 찾아냈습니다. 바로 박테리아 배양을 원통 속에서 돌리면서 하는 것입니다. (사진 참조) 그 결과 비닐처럼 얇고 튼튼하면서 속이 어느 정도 비춰 보이는 셀룰로오스 필름을 만들 수 있었습니다.
연구팀은 여기에 기계적 강도를 높이기 위해 질화 붕소 (boron nitride)를 혼합해 셀룰로오스 질화 붕소 하이브리드 나노시트 (cellulose-boron nitride hybrid nanosheets) 형태로 만들었습니다. 이 소재의 인장강도 (tensile strength)은 533MPa에 달해 기존의 플라스틱 제품을 대체할 수 있는 수준이라고 합니다.
하지만 아무리 뛰어난 성질을 지니고 생분해성을 지닌다고 해도 가격이 맞지 않으면 상용화는 어려울 것입니다. 플라스틱의 가장 큰 장점이 저렴함이기 때문입니다. 박테리아 셀룰로오스 소재가 대량 생산과 저렴한 가격이라는 가장 중요한 목표를 달성할 수 있을지 앞으로 연구 결과가 궁금합니다.
참고
https://phys.org/news/2025-07-plastic-bacteria-cellulose.html
M.A.S.R. Saadi et al, Flow-induced 2D nanomaterials intercalated aligned bacterial cellulose, Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-60242-1
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