33.jpg
55.jpg

KAIST부설 한국과학영재학교 온라인 과학매거진 코스모스

  • 블랙 페이스 북 아이콘
  • 블랙 인스 타 그램 아이콘

플라스틱의 또 다른 이면, 미세플라스틱

9월 18 업데이트됨

과연 미세플라스틱이란 무엇일까?

전 세계적으로 연간 약 640여만 톤의 쓰레기들이 해양으로 유입되는데, 이 중 플라스틱이 차지하는 비율은 60~80%에 이른다. 이런 플라스틱들이 물리적인 파쇄, 광 분해, 생물 분해 등 풍화 과정을 거쳐 미세하게 변화하거나 생산과정에서 인위적으로 미세하게 제작되어 크기가 5mm 이하가 된 플라스틱을 모두 미세플라스틱이라 한다. 플라스틱 제품은 지금까지 가볍고 내구성이 뛰어나 다목적으로 사용되었고 저비용으로 많은 분야에서 널리 사용되었다. 2016년도에만 플라스틱 제품의 연간 전 세계 생산량은 약 3억 2천 2백만 톤이었다.


2017년 9월 영국 가디언은 14개국 수돗물의 83%에서 미세플라스틱 합성 섬유가 검출되었다고 발표했다. 미국은 94.4%, 레바논 93.8%, 인도 82.4%의 순으로 검출되었다. 우리나라 환경부도 수돗물 속의 미세플라스틱 함유 실태 조사 추진 계획을 수립하고 24개 정수장의 수돗물에서 미세플라스틱에 대해 조사를 진행했다. 상수원수 1개소에서 1개/L, 수돗물 3개소에서 0.2~0.6개/L 검출되는 것으로 조사되었다.


미세플라스틱에도 종류가 있다?

미세플라스틱에는 2가지 종류가 있다. 바로, 1차 미세플라스틱과 2차 미세플라스틱이다. 1차 미세플라스틱에는 세안용 세정제, 치약, 샤워나 목욕 젤, 마스카라와 같은 화장품, 면도 거품, 로션, 벌레 퇴치제 등이 있다. 이러한 제품들의 상당수가 사용 후에 바로 하수구로 버려지는데, 이로 인해서 해양 오염이 진행된다.


2차 미세플라스틱은 무엇일까? 해양이나 지표면의 큰 플라스틱 쓰레기들이 햇빛이나 온도 같은 물리적, 화학적, 생물학적 과정을 통해서 구조적 응집성이 감소하여 분해되기 시작하고 분해가 길게 진행되면 이는 미세플라스틱이 된다. 이런 플라스틱의 분해에 의한 미세플라스틱 형성은 해변에서 활발한데, 이는 강한 자외선 노출, 파도에 의한 물리적 마찰, 풍부한 산소, 난류 등 다양한 환경적인 특성이 미세플라스틱의 유리한 환경이기 때문이다. 물 표면 아래나 심해로 잠긴 플라스틱의 경우에는 자외선 노출 감소와 낮은 온도로 인해서 분해반응속도가 낮아진다. 하지만, 분해반응속도가 낮아진 것이지 분해를 하지 않는 것은 아니므로 여전히 문제를 일으킬 가능성이 있다.


미세플라스틱은 어떻게 악영향을 미치는가?

탄화수소 기반의 고분자 화합물인 소수성 플라스틱은 소수성이 강한 잔류성 유기오염물질에 높은 흡착 특성을 가진다. 이런 흡착 특성은 크기가 작을수록 더 커진다. 또한, 플라스틱 제조 과정 중 가공의 용이성과 기능성을 향상하기 위해서 가소제, 난연제, 산화방지제 등의 화합 물질을 혼합한다. 따라서 플라스틱이 분해나 폐기되는 과정에서 이러한 화학물질이 환경에 그대로 유출되면서 해양생물에 독성물질로 작용할 수 있다.


미세플라스틱은 그 크기가 매우 작아 하수 처리 시설에 걸러지지 않고 해양에 투기 되면서 흡착성 오염물질이 함유된 미세플라스틱을 해양생물이 먹이로 오인하면서 섭취하여 해양 생태계 교란을 일으키기도 한다. 미세플라스틱의 섭취는 해양생물의 물리적 상해, 섭식 행동 변화, 성장 및 생식 능력 저하 등의 문제를 불러온다. 또한, 먹이사슬로 인해 모든 생물이 미세플라스틱의 위험에 노출된다. 결국, 인간에게도 영향을 미치는 단계에 도달할 수도 있다.


미세플라스틱은 왜 문제인가? - 인간

작은 미세플라스틱은 물리적으로 소화기관을 막거나, 점막을 자극한다. 여기서 더 작은 (초) 미세플라스틱을 보면, 이는 생체 내에서 혈류를 통해 모세혈관에 침투할 수 있으며, 이로 인해 전신에 분산될 위험이 있다. 이런, 나노 플라스틱은 다양한 생체 물질과 결합할 위험도 있다. 양의 전하를 가지는 나노 플라스틱의 경우에는, 세포 표면의 음의 전하를 띠는 분자와 비특이적 결합을 이뤄서 독성을 증가시키기도 한다.


면역 시스템에 주요하게 영향을 미칠 것이라는 예상도 있다. 하지만, 미세플라스틱이 인간에게 나타날 수 있는 위험성은 미세플라스틱이 해양생물에 미치는 영향을 분석하고 미세플라스틱을 인간 세포에 처리한 결과를 이용하는 것이다. 즉, 정확히 어떠한 영향을 미치는지는 정확하게 파악하기는 어렵다. 인간이 미세플라스틱으로 인해 피해를 겪은 사례가 아직 없어서 그렇지만 계속해서 많은 해양생물이 미세플라스틱에 노출되면 인간도 미세플라스틱에 의해 피해를 겪는 사례는 앞으로 발생할 수도 있다고 보여진다.


미세플라스틱은 왜 문제인가? - 해양생물

동물성 플랑크톤이 미세플라스틱을 섭취하면 기능과 섭취 능력이 감소하게 되고, 포식자에게 이를 전달할 수 있다. 문제는 미세플라스틱의 크기가 작아지면 플랑크톤의 미세플라스틱 섭취량이 늘어난다는 것이다. 홍합의 경우에는 미세플라스틱에 긴 시간 노출되면 염증 반응이 나타나고 리소솜 막의 안정성이 현저하게 감소한다.


미세플라스틱의 정성적 분석

미세플라스틱의 정성적 분석은 주로 적외선 분광 광도계인 FT-IR을 이용한다. 적외선 분광 광도계는 적외선을 흡수시키거나 투과시켜서 정성 분석을 수행하는 장치이다. 이 장치를 이용한 분광법은 작은 미세플라스틱의 정확하고 정밀한 측정이 가능하다. 다른 정성 분석에는 열 분석법이 있다. 열 분석법은 물질의 열적 안정성에 따라 고분자의 물리적, 화학적 성질의 변화를 측정하여 미세플라스틱을 구별하는 데에 쓰인다. 시차주사 열량계는 시료와 불활성 기준 물질을 가열로에서 같은 온도를 가해 시료로부터 발생 되는 열 유속 차이를 측정하여 에너지양에 대한 정보를 이용해 시료의 정성적인 특성을 확인할 수 있다.


미세플라스틱의 정량적 분석

미세플라스틱의 경우에는 정성적인 분석도 중요하지만, 그 양을 파악하는 것도 중요하다. 따라서, 정량적 분석에 대한 방법이 몇 가지 존재한다. 먼저, 가장 기본적인 방법은 우리에게 익숙한 현미경을 이용하는 것이다. 현미경 확인은 현미경이나 카메라를 연결하여 소프트웨어를 통해 확인하게 된다. 적외선 분광 광도계를 이용해서 정량적 분석을 종종 한다. 이 기기를 사용하는 경우에 재질을 분석한 결과는 스펙트럼의 형태로 나타난다. 이 스펙트럼의 형태와 위치 등을 이용하여 미세플라스틱의 재질을 확인하고 정량적 분석도 진행할 수 있다.


어떻게 해결할 수 있을까?

해양으로 유입되어 해양의 표면을 떠돌고 있거나 해저에 이미 가라앉아 있는 폐기물의 경우에는 미세플라스틱이 생겨나기 전에 수거하여 육상에 처리할 필요성이 있다. 무엇보다 중요한 것은 해양으로 계속해서 유입되고 있는 폐기물을 차단하는 것이다. 어업 활동으로 인한 양식장에 있는 부표나 그물 등이 버려지기도 하고 육지에서 불법적으로 버려진 폐기물이 해안가에서 바로 유입되거나 강을 통해서 바다로 유입되기도 한다. 결국, 이런 폐기물 유입을 막지 못한다면 문제를 해결하는 것은 영원히 불가능하다. 이미 유입된 폐기물을 수거하는 데에는 분명한 한계가 존재하고 그 과정에서 놓친 폐기물들은 계속해서 바다에 미세플라스틱을 공급할 것이다.


어떻게 폐기물을 처리할 수 있는가?

그렇다면 폐기물을 처리하는 방법이 상당히 중요하다는 것을 알 수 있을 것이다. 율리아 탈비티에 핀란드 알토대 환경공학과 교수 연구진은 막생물반응기인 MBR을 활용하면 미세플라스틱을 최대 99.9% 제거할 수 있는 것으로 확인됐다고 국제 학술지 워터리서치에 발표했다. MBR은 미생물 등을 활용한 생물학적 폐수처리 장비이다.


영국 서리대 연구진을 고주파의 전기로 열을 발생시켜 흩어져 있는 미세플라스틱 입자를 모아 응고시킨 뒤 걸러내는 전기응고법을 만들기도 했다. 영국 플리머스 해양 연구소는 물에서 미세플라스틱을 최대 95.8%까지 추출할 수 있는 장치를 만들기도 했다. 이는 원심분리기와 비슷한 원리를 이용한 것이다. 고밀도 염화아연 용액이 있는 통에 미세플라스틱이 든 물을 넣고 돌리면 가벼운 미세플라스틱은 떠오르고 상대적으로 무거운 모래 등과 같은 입자들은 아래로 가라앉게 된다.

참고자료

[1] 류지현, 조충연 / 미세플라스틱 현황과 인체에 미치는 영향

[2] 환경부 / 담수 중 미세플라스틱 조사 기법 연구

[3] 채두헌, 김인성, 송영경, 김성우, 김승규 / 해수에 잔류하는 미세플라스틱의 정성 정량 분석법 확립

[4] 김문경, 조경덕 / 담수 환경에서의 미세플라스틱 검출 및 위해성 평가에 관한 고찰

[5] 환경부 / 국내외 플라스틱 폐기물 문제 현황 및 해결방안


첨부 이미지 출처

[1] https://www.sisajournal.com/news/articleView.html?idxno=176817

[2] http://m.hanhodaily.com/news/articleView.html?idxno=56972

[3] http://magazine.hankyung.com/business/apps/news?popup=0&nid=01&c1=1002&nkey=2019051401224000331&mode=sub_view

KOSMOS CHEMISTRY 지식더하기

작성자│송민우

발행호│2020년 봄호

키워드 #미세플라스틱 #분석화학 #폐기물처리




조회 5510회댓글 2개
Picture4.jpg
워터마크_white.png

KOSMOS는 KSA Online Science Magazine of Students의 약자로,

KAIST부설 한국과학영재학교 학생들이 만들어나가는 온라인 과학매거진 입니다.

​본 단체와 웹사이트는 KAIST부설 한국과학영재학교의 지원으로 운영되고 있습니다.

저작물의 무단 전재 및 배포시 저작권법 136조에 의거 최고 5년 이하의 징역 또는 5천만원 이하의 벌금에 처하거나 이를 병과할 수 있습니다. 

© 2018 한국과학영재학교 온라인 과학매거진 KOSMOS. ALL RIGHTS RESERVED. Created by 김동휘, 윤태준.

운영진 연락처