20일 만에 분해되는 생분해 필름 [KAIST 제공]

머잖아 폐기물이 발생하지 않는 전자제품 등장이 가능해질 전망이다. 한국과 캐나다 국제 공동 연구진이 미래 전자 소재로 주목받는 갑오징어에서 추출한 세피아 멜라닌으로 만든 친환경 필름이 85일 만에 약 97% 생분해됨을 밝혀 지속가능한 친환경 전자제품의 새로운 가능성을 열었기 때문이다.

KAIST는 명재욱(사진) 건설및환경공학과 교수 연구팀과 캐나다 몬트리올공대의 클라라 산타토 교수 연구팀이 완벽 생분해되는 세피아 멜라닌 기반 전기 활성 필름을 개발했다고 25일 밝혔다.

해마다 전자제품에 대한 수요가 급격하게 증가함에 따라 매년 약 6천만톤에 이르는 전자폐기물이 발생하고 있다. 전자폐기물은 자연에서 쉽게 분해되지 않고 납(Pb), 카드뮴(Cd)과 같은 중금속이나 폴리염화비닐(PCB) 등 유해 화학물질을 자연에 유출해 생태계를 오염시킬 수 있다.

생분해성 유기전자소재는 기존 전자제품에 대한 패러다임을 전환할 수 있는 새로운 소재로 떠오르고 있다. 특히 갑오징어에서 추출할 수 있는 세피아 멜라닌은 생분해성·저독성으로 지속가능한 미래 전자 소재로 주목받고 있다.

연구팀은 완전한 분해가 가능한 전기 활성 필름을 구현하기 위해 천연 바이오 소재인 세피아 멜라닌-셸락 잉크 복합체를 플렉소그래피 인쇄 기술을 활용해 은 전극 패턴의 종이 위에 인쇄했다.

인쇄된 필름이 이산화탄소(CO₂)로 전환되는 정도(광물화도)를 기반으로 퇴비화 조건에서 생분해 거동을 분석한 결과, 85일 만에 약 97% 생분해됨을 연구팀은 확인했다. 인쇄 필름은 육안으로 봤을 때 20일 이내에 완전히 분해됐으며, 주사전자 현미경 분석을 통해 박테리아가 인쇄 필름의 생분해에 관여해 퇴비 미생물 군집이 표면에 형성됨을 관찰했다.

한편 인쇄 필름의 생분해 산물이 생태독성을 갖고 있는지를 조사한 결과, 인쇄 필름과 그 개별 구성 성분(세피아 멜라닌, 셸락, 셀룰로오스 등)은 식물에 대한 독성이 미미한 것으로 나타났다.

전기적 특성을 분석한 결과 세피아 멜라닌-셸락 인쇄 필름은 10-4 S/㎝의 전기전도도를 나타냈다. 해당 전기전도도는 일반 금속이나 고성능 전자 재료에 비해 낮지만, 생분해성·친환경 특성 덕분에 환경 센서, 생체 디바이스, 일회용 전자제품 등 특정 응용 분야에서 경쟁력 있는 대안이 될 수 있다고 연구팀은 전했다.

명 교수는 “세피아 멜라닌, 셸락과 같은 널리 쓰이지 않는 바이오 기반 물질을 활용해 완전히 생분해되는 전기활성 필름을 구현한 최초 사례”라며 “후속 연구를 통해 지속가능한 전자 디바이스 구현을 위한 여러 대안을 제시할 계획”이라고 밝혔다.

이번 연구 결과는 국제 학술지 ‘커뮤니케이션즈 머티리얼스’에 지난 8월 29일자로 게재됐다. 구본혁 기자