[세상에 이런기술] 음식물 상태 감지, 종이 기반 '생분해성 친환경 센서' 개발

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[세상에 이런기술] 음식물 상태 감지, 종이 기반 '생분해성 친환경 센서' 개발

친환경 생분해 종이에 그래핀 센서로 식품 신선도 감지하는 기술 개발
레이저 유도 그래핀 주목.. 탄소 기반 친환경 종이 기판에 레이저 조사
식품 신선도와 온도 파악해 현 상태와 다가올 상태에 대한 정보 파악

한주연 82blue@hanmail.net
등록 2022.09.12
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[지데일리] 코로나19 팬데믹 사태로 전 세계가 몸살을 앓아온 가운데, 위생이나 배달을 이유로 플라스틱 쓰레기통은 가득 넘치고 있다.

수많은 플라스틱은 언제 썩을지도 모른 채 땅에 묻히거나 오염물질을 뿜으며 소각될 처지에 놓였다. 아울러 마스크와 방호복, 격리시설, 차단막 등 방역물품에 없어서는 안 될 재료로도 쓰이고 있다.

[크기변환]1.jpg — 최근 플라스틱의 과도한 사용으로 인해 전 세계적으로 심각한 환경 문제가 제기되면서 많은 기업들이 이를 대체하기 위해 생분해성 종이 기반의 컵, 병, 빨대를 론칭하는 등 환경오염 방지 친환경 기술 개발에 집중하고 있다. ⓒpixabay

물론 플라스틱이 아니었다면 바이러스 전파를 막을 수 없었을 것이다. 또 신속하게 우리 몸을 보호하지 못했을 것이다. 이처럼 면성을 가진 플라스틱은 쉽고 빠르게 제작되며 잘 망가지지도 않는다. 문제는 우리가 쓸모를 다한 플라스틱을 자연에 돌려보낼 방법을 지금도 모른다는 것이다.

함부로 버려진 플라스틱은 자연적으로 절대 분해되지 않는 특성이 있다. 이는 결과적으로 자연의 먹이사슬을 따라 동식물의 체내에 축적돼 손상을 일으킨다. 그리고 그 최종 피해자는 플라스틱을 사용하는 인간이 된다.

플라스틱을 올바로 폐기한다고 해서 문제가 없어지는 건 아니다. 재활용이나 재순환을 하지 못하고 소각이 되면 플라스틱이 종류별로 분류된다. 그러나 플라스틱을 완전히 걸러내는 것은 쉽지 않다. 걸러지지 않은 폴리염화비닐이나 폴리스티렌이 소각되면 유독한 오염물질이 생긴다.

다시 오염물질은 땅이나 강물에 내려앉아 농산물과 지하수를 오염시키고 그 피해는 결국 인간에게 돌아오는 것이다. 태우는 것은 한순간이지만 오염물질은 몇 세대에 걸쳐 사람의 몸속에 남는 끔찍한 결과를 초래한다.

그린피스에 의하면 가정에서 배출되는 플라스틱 쓰레기 78%는 식품 포장재에서 발생한다고 한다. 이처럼 최근 플라스틱의 과도한 사용으로 인해 전 세계적으로 심각한 환경 문제가 제기되면서 많은 기업들이 이를 대체하기 위해 생분해성 종이 기반의 컵, 병, 빨대를 론칭하는 등 환경오염 방지 친환경 기술 개발에 집중하고 있다.

식품 산업에서는 대량 생산과 함께 장거리 유통이 자리매김하면서 식품 부패로 인한 글로벌 대형 식품안전 사고 발생이 우려되고 있는 실정이다. 결국 식품 산업에서의 복잡다단한 문제를 해결하기 위해선 친환경 식품 포장재 사용과 식품의 품질을 실시간으로 모니터링할 수 있는 기술이 요구되는 상황이다.

식품 보관과 모니터링 기술 발전은 식품 산업에서의 광범위한 응용을 가능하게 했다. 그러나 지금 식품 상태 감지 플랫폼은 별개의 센서를 식품 보관 용기에 부착해야 하는 번거로움이 있었는데, 사용되는 센서는 생분해가 되지 않는 금속 기반의 물질인 만큼 친환적 측면에서 논란이 돼왔다.

이에 최근 국내 한 대학 연구진이 친환경적인 생분해성 종이에 그래핀 센서로 식품의 온도와 신선도를 감지하는 기술을 개발해 관심을 모은다. 식품 산업에서 나아가 친환경과 생분해성 물질 기반의 온도와 가스 센서로 다양한 산업 분야에 활용할 수 있을 전망이다.

서울대 공과대학이 기계공학부 고승환 교수 연구팀은 별도의 물질 첨가 없이 상업적으로 유통되는 우유갑에 직접 레이저를 조사한 그래핀 센서를 제작해 실시간으로 우유에서 나오는 가스를 감지해 식품 신선도를 파악할 수 있는 기술을 개발하는데 성공했다.

종이 기반의 그래핀 센서. 센서를 바코드 뒤에 제작하고 무선 감지 모듈을 심으면 휴대전화를 통해 육고기, 우유 등 식품의 신선도를 실시간 확인할 수 있다. 서울대 고승환 교수 연구팀 제공

연구에 따르면 바코드 뒷면에 종이 기반 레이저 유도 그래핀 센서를 제작해 시간에 따른 육고기의 신선도를 휴대폰으로 실시간 모니터링을 할 수 있도록 제작햇다. 일반 종이컵에 같은 방법으로 센서를 만들어 내부에 담긴 액체 온도를 파악해 사용자에게 제공할 수 있는 개념이다.

특히 연구팀은 레이저 유도 그래핀에 주목하고 탄소 기반의 친환경 종이 기판에 레이저를 조사함으로써 국소 열 반응으로 그래핀을 제작하는 기술을 개발한 것이다. 이에 따라 식품 포장지로 사용되는 일반적인 종이 재질의 기판에 추가적인 공정 없이 곧바로 센서를 제작해 식품 상태를 실시간과 지속적으로 감지하는 플랫폼을 만들었다.

레이저 유도 그래핀은 탄소나노튜브, 풀러렌, 다이아몬드 등 탄소의 동소체 가운데 하나다. 온도에 따른 전자이동도가 달라지면서 온도 변화를 감지하는 것 외에도 3차원 다공성 구조로서 비표면적이 높아 가스 감지에 우수한 물질을 말한다.

대부분의 식품은 적절한 온도에서 냉장 보관이 되지 않으면, 식품에서 병원균이 자라고 식품이 부패하면서 가스를 내뿜는다. 현재 보관되는 온도에 따라 식품의 다가올 미래에 상태가 어떻게 될지 결정돼 식품 온도를 지속적으로 모니터링하는 것은 중요한 사항이다.

대부분의 식료품은 부패 시 가스가 방출된다. 이에 식료품에서 방출되는 가스를 감지해 식료품의 신선도를 파악할 수 있는 것이다. 다시 말해 식품의 신선도와 온도를 파악해 식품의 현재 상태와 다가올 식품의 상태에 대한 정보를 얻을 수 있는 셈이다.

또한 연구팀은 실제 음식물의 부패 상황을 모사해 식품의 부패 신호를 감지했고 다양한 열적 환경에서의 식품 온도 역시 감지할 수 있는 것을 밝혀냈다.

이번 연구에서 개발한 친환경 생분해성 종이 기반의 식품 온도와 신선도 감지 플랫폼은 식품의 현재와 미래 상태에 대한 정보를 제공하면서 식품 환경과 안전 문제를 해결할 수 있을 것으로 기대를 모으고 있다.

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