▲ 활용도가 낮은 낙엽을 업사이클링하여, 자연 토양에서 생분해되는 멀칭 필름으로 전환하는 친환경 전략과 지속가능한 플라스틱 농업(plasticulture) 적용 개념(그림 및 설명=KAIST)  © 특허뉴스

매년 처리 비용과 환경 부담의 대상으로 여겨졌던 낙엽이 농업 현장의 대표적 환경오염원인 폐비닐을 대체할 친환경 소재로 재탄생했다. KAIST 연구진이 버려진 낙엽을 활용해 토양에서 분해되는 생분해성 농업용 멀칭 필름을 개발하면서, 미세플라스틱 문제를 줄일 지속가능 농업 기술의 새로운 가능성을 열었다.

KAIST는 건설및환경공학과 명재욱 교수 연구팀이 캠퍼스와 대전 갑천 일대에서 수거한 낙엽을 활용해 친환경 농업용 멀칭 필름을 개발했다고 밝혔다. 멀칭 필름은 잡초 성장을 억제하고 토양 수분을 유지하는 농업 필수 자재지만, 현재 대부분 석유 기반 폴리에틸렌(PE) 소재로 만들어져 사용 후 토양에 잔류하거나 미세플라스틱으로 분해돼 환경오염의 주요 원인으로 지적돼 왔다.

연구팀은 식량 자원과 경쟁하지 않는 비식용 바이오매스인 낙엽에 주목했다. 낙엽에서 나노셀룰로오스를 추출하기 위해 구연산과 염화콜린을 혼합한 친환경 수화 심층공융용매(DES)를 적용했으며, 이후 이를 생분해성 고분자인 폴리비닐알코올(PVA)과 결합해 복합 필름 형태로 구현했다. 특히 제조 전 과정에 유해 유기용매 대신 물 기반 공정을 적용해 친환경성과 상용화 가능성을 동시에 높였다.

개발된 낙엽 기반 필름은 기능성에서도 기존 농업용 비닐을 대체할 수준의 성과를 보였다. 실험 결과 자외선(UVA·UVB)을 효과적으로 차단했고, 14일 동안 토양 수분 손실을 약 5% 수준으로 억제하는 보습 성능을 확인했다. 실제 재배 실험에서는 해당 필름을 적용한 호밀풀이 필름 미사용 대비 더 우수한 생장 상태를 나타내 농업 생산성 측면에서도 긍정적 가능성을 입증했다.

환경적 핵심 가치인 생분해 성능도 주목된다. 토양 조건 실험에서 약 115일 만에 34.4%가 분해되며 기존 생분해 필름 대비 빠른 분해 속도를 보였고, 분해 과정에서 식물 독성 역시 나타나지 않았다. 이는 농업 현장에서 사용 후 폐기물 처리 부담을 줄이는 동시에 토양 건강성까지 확보할 수 있는 기술적 강점으로 평가된다.

명재욱 교수는 이번 연구에 대해 “낙엽을 단순 폐기물이 아닌 고부가가치 농업 기능성 소재로 전환했다는 점에서 의미가 크다”며 “비식용 바이오매스와 물 기반 공정을 통해 지속가능한 농업용 플라스틱 대체 기술로 발전시킬 수 있을 것”이라고 밝혔다.

이번 연구는 KAIST 팜 탄 쭝 닌 박사과정생이 제1저자로 참여했으며, 연구 성과는 국제 학술지 ‘그린 케미스트리(Green Chemistry)’에 게재되고 저널 커버 논문으로 선정됐다. 폐기물 자원의 고부가가치화, 농업용 플라스틱 저감, 지속가능 소재 산업이라는 세 가지 축을 동시에 겨냥한 이번 성과는 친환경 농업 전환의 실질적 대안으로 주목받고 있다.

논문명은 All-water-based fabrication of biodegradable mulch films from dead leaves via complex hydrogen-bonded networks이다.