지속가능성
과학을 통한 미세플라스틱 문제 해결 – 곤충과 대체 소재
미세플라스틱은 우려의 대상이 되었습니다. 이 입자는 5밀리미터보다 작으며 플라스틱이 분해될 때 떨어져 나옵니다. 이는 사실상 어디에나 존재하고 보편적인 위협입니다.
하버드 의과대학 잡지인 Harvard Medicine에 실린 기사에 따르면, 미세플라스틱이 혈액, 타액, 간, 신장, 그리고 태반을 포함한 인체 전반에 걸쳐 검출되었습니다.
1마이크로미터보다 작은 미세플라스틱은 나노플라스틱이라고 불리며, 세포에 침투할 수 있어 더욱 위험합니다. 인간 몸을 넘어, 미세플라스틱은 환경, 해양 생물 및 동물에 심각한 오염을 일으키며 침투했습니다.
미세플라스틱은 인간 모유와 영아의 첫 번째 대변인 초유에서 발견될 수 있으며, 이는 미세플라스틱 위험이 초기부터 우리와 함께 어두운 그림자처럼 존재한다는 것을 의미합니다.
이는 산화 손상, DNA 손상 및 유전자 활동 변화 등을 일으킬 가능성이 있습니다. 또한 알려진 발암 물질이며, Harvard Medicine이 보고한 바에 따르면, 미세플라스틱은 쥐 실험에서 정자 수와 질 감소, 난소 흉터, 그리고 자손의 대사 장애와 연관된 것으로 밝혀졌습니다.
그러한 부작용에도 불구하고, 우리는 인간으로서 오염된 해산물, 특히 생선과 조개류를 통해 지속적으로 미세플라스틱을 흡입하고 섭취합니다. 미세플라스틱은 수돗물, 병에 든 물, 그리고 맥주와 같은 일반적인 음료에도 존재합니다.
유엔이 인용한 연구에 따르면 평균 성인은 소금을 통해 연간 약 2,000개의 미세플라스틱을 섭취하는 것으로 추정됩니다. 또 다른 최신 연구에서는 사람들이 연간 평균 39,000~52,000개의 미세플라스틱 입자를 섭취한다는 결과가 나왔습니다.
흡입된 미세플라스틱 입자를 포함하면 그 수치는 약 74,000개가 됩니다. 수돗물을 마실 경우 추가로 4,000개, 플라스틱 병에 든 물을 마실 경우 9,000개가 더해집니다.
이러한 수치가 이미 충격적으로 높음에도 불구하고, 연구자 Kieran Cox는 이 데이터가 실제 미세플라스틱 섭취량을 과소평가하고 있으며, 실제로는 훨씬 더 높은 수치일 가능성이 있다고 주장합니다.
시시각각 다양한 국가들이 마이크로비드와 미세플라스틱에 대한 규제나 금지를 도입해 왔습니다. 그러나 우리 사회가 플라스틱의 다재다능함, 안정성, 가벼움, 저비용 생산에 점점 더 의존하게 되면서, 일부 해양 구역에서 미세플라스틱 양이 2030년까지 두 배가 될 수 있습니다.
전 세계의 과학자, 연구자 및 다양한 조직이 지속적으로 해결책을 모색하고 있습니다.
혁신적인 발명으로, 매사추세츠 공과대학(MIT)의 화학공학 팀이 새로운 생분해성 소재를 개발하여 특정 미세플라스틱을 대체했습니다. 이들은 일부 건강 및 뷰티 제품에 사용되는 마이크로비드를 친환경적으로 대체하는 방안을 설계했습니다.
출처: MIT News
건강 및 뷰티 제품에 사용되는 마이크로비드의 친환경 대체재
미국은 개인 위생 제품에서 마이크로비드 사용을 금지한 최초의 국가였습니다. 이는 애리조나 주에서 시작되어 캘리포니아, 뉴욕, 뉴저지 등 많은 주요 주로 확대되었습니다.
이는 2014년에 이루어졌습니다. 그 이후로 많은 국가들이 미국의 길을 따랐으며, 캐나다, 뉴질랜드, 북아일랜드, 이탈리아, 영국, 스웨덴, 대만, 한국 등을 포함한 주요 소비자 경제국들이 이에 동참했습니다.
이제 미세플라스틱을 근원에서 줄이기 위해 MIT 연구진은 생분해성 소재 군을 개발했으며, 이는 뷰티 제품에 사용되는 플라스틱 비드를 대체할 수 있습니다. 이러한 생분해성 고분자 물질은 무해한 당과 아미노산으로 분해될 수 있습니다.
MIT 코흐 통합 암 연구소의 수석 연구원인 Ana Jaklenec에 따르면:
“미세플라스틱 문제를 완화하는 한 가지 방법은 기존 오염을 정화하는 방법을 찾는 것이지만, 처음부터 미세플라스틱을 생성하지 않는 소재를 만드는 것 역시 동일하게 중요합니다.”
혁신을 상세히 기술한 연구 논문에서 연구진은 비분해성 플라스틱을 목표 적용에 맞는 특성을 가진 분해성 소재로 교체하려는 동기가 있었다고 설명했습니다.
목표를 달성하기 위해, 연구진은 폴리(β-아미노 에스터)(PAE)를 기반으로 한 분해성 미세입자(MP) 플랫폼을 개발했으며, 이는 당 및 아미노산 유도체로 분해됩니다.
이 혁신의 또 다른 매력은 다양한 적용 가능성과 더 많은 성과를 달성할 수 있다는 점입니다. 연구진은 이 입자가 비타민 A와 같은 영양소를 캡슐화하는 데 사용할 수 있음을 보여주었습니다.
캡슐화된 비타민 A 및 기타 영양소가 강화된 식품은 전 세계 20억 명이 겪고 있는 영양 결핍 문제에 대한 뛰어난 해결책이 될 수 있습니다. 비타민 A 외에도 이 소재는 비타민 D, 비타민 E, 비타민 C, 아연, 철분을 캡슐화할 수 있습니다.
이러한 영양소는 열과 빛에 취약하지만, 이 고분자로 만든 적절한 캡슐은 끓는 물에 2시간까지 견딜 수 있습니다. 입자는 또한 인간 장 세포 배양에 노출시켜 안전성을 테스트했으며, 세포에 손상을 주지 않았습니다.
마이크로비드는 세정제에 흔히 존재하는 물질입니다. 연구진은 이러한 입자가 마이크로비드를 대체할 수 있는지 또한 조사했습니다.
연구진은 입자를 비누 거품에 혼합했으며, 이는 비누만 사용할 때보다 피부에서 영구 마커와 방수 아이라이너를 훨씬 효과적으로 제거함으로써 세정제로서의 역할을 잘 수행함을 확인했습니다.
이 소재의 다재다능성에 대해 이야기하면서, 논문의 주 저자인 MIT 화학공학 대학원생 Linzixuan (Rhoda) Zhang은 다음과 같이 말했습니다:
“우리는 이것을 새로운 소재 군을 개발하고 기존 소재 카테고리를 확장하며, 이를 다양한 적용 분야에 적용할 수 있음을 보여주는 첫 단계로 활용하고자 했습니다.”
이 연구가 마이크로비드 대체에 초점을 맞춘 반면, 브리티시 컬럼비아 대학교에서 나온 또 다른 연구는 더욱 흥미로운 제안을 제시했습니다.
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곤충이 미세플라스틱 제거에 어떻게 도움이 될 수 있는가
Biology Letters에 발표된 연구에 따르면, UBC 동물학자 Dr. Michelle Tseng와 동문 Shim Gicole은 식용 밀웜에게 갈아 만든 마스크를 밀가루와 혼합한 사료를 급여—일반적인 플라스틱 제품—를 실험했습니다.
한 달 후, 밀웜은 이용 가능한 미세플라스틱의 약 절반, 즉 곤충당 약 150개의 입자를 섭취하고 체중이 증가한 것으로 나타났습니다. 배설물로 배출된 양은 섭취한 양의 아주 작은 부분으로, 폐기물 1밀리그램당 약 4~6개의 입자에 불과했습니다.
전체 실험에서 안심할 수 있었던 점은 미세플라스틱을 섭취해도 곤충의 생존이나 성장에 영향을 주지 않았다는 것입니다. 여기서 언급할 가치가 있는 점은 밀웜이 자연의 청소부이자 분해자라는 점입니다. 이들은 음식이 부족할 때 최대 8개월까지 물이나 음식 없이도 살아남으며, 음식이 부족할 때 자신의 동료를 먹기도 합니다.
중요하게도, 연구 목적은 곤충에게 미세플라스틱을 먹이는 것에만 국한되지 않습니다. 연구자들은 곤충의 소화 메커니즘을 학습하여 미세플라스틱을 분해하는 방법을 알아내고, 이를 확대 적용해 플라스틱 오염 문제를 해결하고자 합니다.
Dr. Michelle Tseng에 따르면:
“아마도 우리는 곤충을 친구로 바라볼 수 있을 것입니다. 우리는 매일 수백만 마리의 곤충을 일반 살충제로 죽이고 있는데, 바로 우리가 플라스틱과 기타 화학 물질을 분해하는 방법을 배울 수 있는 곤충들입니다.”
현재까지 대부분의 플라스틱 섭취 곤충에 대한 연구는 생태학적으로 현실적이지 않았습니다. 그러나 이번 경우, 밀웜은 약 50%의 미세플라스틱을 섭취했으며, 배설된 양은 적고, 섭취가 생존에 영향을 주지 않았습니다.
전 세계 연구자들이 플라스틱 문제와 싸우는 동안, 대규모 솔루션을 제공하는 대기업도 있습니다. 그 중 플라스틱 제거 분야에서 크게 성공한 기업이 Veolia입니다.
1. Veolia
플라스틱 분야에서 Veolia는 가장 큰 과제 중 하나가 플라스틱 재활용 시설 부족임을 인식하고 있습니다. 플라스틱 전 가치 사슬(생산자, 사용자, 재활용업체)에서 80여 개 기업이 참여하는 플라스틱 폐기물 종식 연합(AEPW)의 창립 멤버로서, Veolia는 환경, 특히 해양에서 플라스틱 폐기물을 제거하기 위해 15억 달러를 기부하기로 약속했습니다.
Veolia는 플라스틱 재활용을 위한 여러 솔루션을 보유하고 있습니다. 이들은 다양한 종류의 수지를 처리하여 Veolia의 산업 고객이 재사용할 수 있게 합니다. 여기에는 포장이나 건축에 사용되는 폴리에틸렌(HDPE 또는 LDPE), 자동차, 건축, 가구 및 가전제품에 사용되는 폴리프로필렌(PP), 그리고 주로 포장 및 섬유 부문에서 사용되는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)가 포함됩니다.
Veolia는 수집, 분류, 파쇄, 세척, 배합, 압출 및 사용 가능한 순환 고분자 생산 등 여러 단계를 거쳐 플라스틱 폐기물을 회수·재활용함으로써 원료 플라스틱에 대한 대안을 제공합니다.
Veolia의 플라스틱 재활용 솔루션으로 생산된 제품은 영-네덜란드 그룹 Reckitt (RB.SW )의 Finish Quantum Ultimate 세정 제품에 사용됩니다. Veolia의 솔루션은 Reckitt이 2025년까지 플라스틱 포장 100% 재활용 가능하게 하고 최소 25% 재활용 함량을 포함하도록 하는 약속을 지원합니다.
Veolia는 또한 Koninklijke Van Wijhe Verf와 Dijkstra Plastics와 협력하여 100% 소비자 후 재활용 플라스틱으로 만든 페인트통을 도입했습니다. Veolia가 플라스틱을 과립으로 가공한 뒤, Dijkstra Plastics가 이를 Koninklijke Van Wijhe Verf와 그들의 Wijzonol 페인트 브랜드용 페인트통으로 전환했습니다.
Veolia는 플라스틱 오디세이 프로젝트를 지원하여 해양 플라스틱 오염을 자원으로 전환했습니다. 플라스틱 오디세이는 40미터 길이의 선박으로, 선박 내에서 플라스틱 폐기물을 에너지로 변환했습니다. 이 탐사는 2020년부터 2023년까지 진행되었으며, 33개 항구마다 현지 이해관계자와 함께 기존 및 새로운 재활용 시스템을 개발했습니다.
Veolia는 이 프로젝트를 지원하고 그룹 본부에서 회의를 조직했으며, 플라스틱 오디세이 팀, Veolia 전문가, 프랑스 물 사업부 매니저들을 모아 170,000명 이상의 고객이 이 모험을 지원하도록 동원했으며, Veolia 재단 대표도 참석했습니다.
프로젝트의 중요성과 제공할 수 있는 지원에 대해 이야기하면서, 프랑스 Veolia 물 사업부 소비자 부문의 마케팅 디렉터 Laure Simon은 다음과 같이 말했습니다:
“선박의 기술적 역량 외에도, 우리를 매료시킨 것은 플라스틱 오디세이 프로젝트의 진지함이었으며, 이는 Veolia의 가치와 일치합니다. 우리는 소비자에게 참여 기회를 제공하고자 했습니다: 전자 청구서 구독당 Veolia Eau France이 플라스틱 오디세이 프로젝트에 €1을 기부했습니다… 170,000명 이상의 소비자가 이 이니셔티브에 참여했습니다. 마르세유에서 플라스틱 오디세이 현장을 방문하기 위해 추첨에 당첨된 가족은 프로젝트에 매우 열정적이었습니다.”
2024년 첫 3분기 동안, Veolia는 매출을 기록했습니다 32,543백만 유로와 EBITDA 4,936백만 유로를 달성했습니다.
미세플라스틱과의 싸움의 미래
미세플라스틱과의 싸움은 전 세계적으로 진행되어 왔습니다. 예를 들어 EU에서는, 2019년 TARA missions와 Ocean Race Europe는 2021년에 발트해, 영국 해협, 그리고 지중해에서 미세플라스틱 샘플을 채취했습니다. United States National Centres for Environmental Information (NCEI)는 다양한 연구 항해와 현장 작업을 통해 공개된 미세플라스틱 오염 데이터를 수집했습니다.
현재 진행 중인 네 개의 프로젝트인 PLASTICHEAL, Imptox, PLasticFatE, 그리고 POLYRISK는 2025년에 종료될 예정이며, 이들 프로젝트는 미세 및 나노플라스틱이 인간 건강의 다양한 측면에 미치는 영향과 결과를 조사할 예정입니다.
또 다른 프로젝트인 Aurora는 인간 건강에 대한 미세 및 나노플라스틱 노출의 초기 생애 영향을 중점적으로 연구합니다. 유럽 위원회는 환경 품질 기준 지침(EQSD) 하에 지표수와 지하수 감시 목록에 미세플라스틱을 포함시켜야 한다고 제안했습니다.
유럽 외에도 2022년 3월, UN Environment Assembly에서 175개 국가가 플라스틱 오염 종식을 합의했습니다. 플라스틱 일회용품 및 재활용 기술 등을 다루는 법적 구속력 있는 협정이 2024년 말까지 작성될 예정입니다. 2023년에는 유럽 연합이 느슨한 플라스틱 글리터 판매를 금지했습니다.
조직적인 지침 외에도, 다양한 연구 기관들이 자체적으로 미세플라스틱 오염 문제에 맞서고 있습니다. 가장 최근의 두 가지 돌파구가 이미 앞부분에서 논의되었습니다.
예를 들어 2021년에는 해양 캐노피에 의한 미세플라스틱 보유에 대한 최초 실험 연구가 수행되었습니다. 연구에 따르면 해양 캐노피는 미세플라스틱에 대한 잠재적 장벽이나 흡수체 역할을 할 수 있으며, 보유량은 해초 숏 밀도와 폴리머의 특정 밀도에 따라 증가하고 흐름 속도에 따라 감소했습니다.
2021년에 발표된 또 다른 연구는 해양 환경에서 미세플라스틱을 정화하기 위한 막 기술 가능성을 조사했습니다. 막 기술은 미세여과, 초미세여과, 나노여과 등을 포함하는 다양한 기술을 의미합니다.
2019년에 발표된 연구에 따르면, 10가지 권고안이 제시되었습니다 플라스틱 오염을 줄이기 위해 이해관계자들에게. 여기에는 다음이 포함됩니다:
(1) 생산 및 소비 규제
(2) 친환경 설계
(3) 재활용 플라스틱에 대한 수요 증가
(4) 플라스틱 사용 감소
(5) 재활용을 위한 재생 에너지 사용
(6) 폐기물에 대한 생산자 책임 연장
(7) 폐기물 수집 시스템 개선
(8) 재활용 우선순위 지정
(9) 바이오 기반 및 생분해성 플라스틱 사용
(10) 전자 폐기물 재활용성 향상
하지만 이러한 작은 미세플라스틱 입자는 물 필터 시스템을 통과할 정도로 작아 우리도 무의식적으로 섭취할 수 있다는 문제가 남아 있습니다. 이들은 대기 중으로 이동해 지구의 가장 외딴 지역까지 퍼질 수 있으며, 꿀, 차, 설탕뿐만 아니라 과일과 채소에서도 발견되었습니다.
카디프 대학교 연구에 따르면, 미세플라스틱은 비료로 사용되는 하수 슬러지를 통해 농지에도 침투하고 있습니다. 이로 인해 많은 미세플라스틱이 토양 상층부에서 유출되어 수계로 흘러들어갈 우려가 있습니다.
2015년에 미국 의회는 연방 식품·의약·화장품법(FD&C Act)을 개정하여 Microbead-Free Waters Act of 2015를 통과시켰습니다. 이 법은 플라스틱 마이크로비드가 포함된 린스용 화장품의 제조, 포장 및 유통을 금지합니다. 또한 이 법은 화장품이면서 비처방(일명 OTC) 약물인 제품, 예를 들어 치약에도 적용됩니다.
전반적으로 미세플라스틱과의 전쟁은 이제 360도 전면전이 되었습니다. 연구자, 국제기구, 기업, 그리고 각국 정부가 함께 싸우고 있습니다. 그러나 완전한 제거를 위해서는 이러한 제품을 제조하는 사용자와 이해관계자들의 인식 제고가 필요합니다.
