[더리포트] COVID-19 확산 이후 마스크는 생활 필수품이 되었다. 하지만 마스크 쓰레기는 분해와 재활용이 불가능해 심각한 환경오염을 일으키고 있다. 마스크 중 가장 문제가 되는 부분은 필터다.

마스크의 겉감, 안감, 귀걸이는 면 소재로 만들 수 있지만, 필터는 현재 플라스틱 빨대 소재와 같은 폴리 프로필렌으로 만들어져 흙에서 썩지 않는다.

한국화학연구원 황성연‧오동엽‧박제영 박사 연구팀은 100% 분해되면서도 기존 마스크 필터의 단점까지 보완한 새로운 친환경 생분해성 마스크 필터를 개발했다. 숨쉬기 편하고 여러 번 사용할 수 있는 ‘N95’ 성능의 신개념 생분해 마스크 필터다.

N95는 미국 마스크 필터 성능 기준으로 공기 중에 떠다니는 0.3 마이크로미터 미세입자를 95% 이상 차단하는 필터링 효과를 가리킨다.

기존 마스크 필터는 보통 두 가지 방식으로 제조된다. 시중 마스크의 90%를 차지하고 있는 정전기 필터 방식은, 플라스틱 섬유 가닥을 교차시켜 공간을 만들고 그 공간에 정전기를 발생시켜서 바이러스나 미세먼지 등을 달라붙게 하는 원리로 제조된다. 그런데 정전기는 건조할 때 잘 일어나기 때문에 습기에 취약하다. 따라서 제품 개봉 후부터 공기 중 습기나 입김의 수분에 노출돼 필터의 정전기 기능이 시간이 지날수록 떨어진다. 또한 정전기가 영구적이지 않고 일시적으로 발생하도록 설계되어있어 필터 기능이 오래 유지되지 않는다.

마스크 필터의 또 다른 제조방법은 플라스틱 섬유 가닥을 교차시켜 그 사이의 공간을 빽빽하게 만들어서 바이러스나 미세먼지가 통과하지 못하게 하는 것이다. 마치 체에 치면 체의 구멍보다 크기가 큰 물질은 빠져나오지 못하는 원리와 같다. 그런데 빈 공간이 좁은 만큼 통기성이 부족해 사람이 숨쉬기 힘들다는 단점이 있다.

연구팀은 이 두 필터 방식의 단점을 보완해서, 습기에 강해 여러번 재사용할 수 있으면서도 숨쉬기 편한 신개념 생분해성 마스크 필터를 만들었다.

연구팀은 대표적 생분해 플라스틱인 폴리부틸렌 숙시네이트(PBS)를 자체 기술력으로 튼튼하게 보완한 다음, 이를 가느다란 나노 섬유와 마이크로 섬유 형태로 뽑은 후 섬유들을 겹쳐 부직포를 만들었다. 이 부직포를 자연에서 추출한 키토산 나노위스커로 코팅하면 최종 필터가 완성된다.

새로운 필터는 코팅표면의 전하로 외부물질을 달라붙게 하는 방식, 체처럼 외부물질을 거르는 방식 이 두 가지를 모두 활용하면서 두 방식의 단점을 보완했다. 우선 나노 섬유와 마이크로 섬유를 겹쳐서 그 사이의 공간을  바이러스나 미세먼지가 체에 걸린 것처럼 통과하지 못하게 했다. 기존 체 방식의 필터는 나노섬유로만 이루어져 있어서 섬유 사이의 공간이 매우 좁아 숨쉬기가 답답했는데, 연구팀은 나노보다 조금 더 직경이 큰 마이크로섬유를 같이 활용해서 기공을 크게 해 통기성을 높였다.

또한 정전기가 아니라 전하 원리를 이용하기 때문에 습기에 취약하지 않아 필터 기능이 오래 유지된다. 또한 일시적으로 정전기가 발생하는 것이 아니라 영구적 양전하 방식이기 때문에 여러 번 재사용할 수 있다.

특히 사용 후 쓰레기 분해 테스트 결과, 퇴비화 토양*에서 28일 이내에 생분해되는 것으로 나타났다.

이번 연구성과는 국제학술지 ‘어드밴스드 사이언스(Advanced Science, IF:15.84)’ 3월호에 ‘Biodegradable, efficient, and Breathable Multi-Use Face Mask Filter’ 제목의 표지논문으로 게재되었다.

한국화학연구원 황성연 바이오화학소재연구단장은  “본 기술은 국내에서 보유한 기술을 응용했기 때문에 아이디어 특허에 가깝다. 향후 플라스틱 문제를 해결하기 위해 국내 많은 기업들이 제품화에 사용할 수 있길 바란다. 한편으로는 국내에 아직까지 생분해성 플라스틱을 매립할 수 있는 전용매립장이 없다. 마스크를 생분해 소재로 대체하는 것은 탄소중립 사회로 가는 중간과정이며 최종적으로는 이를 효율적으로 분해시킬 수 있는 퇴비화 매립장이 제도적으로 필요하다.”고 말했다.