지속가능성
‘지속 가능성 지표’가 플라스틱 오염을 억제할 수 있을까?
플라스틱은 주로 고분자로 구성된 합성 또는 반합성 유기 화합물의 광범위한 범주입니다. 플라스틱의 가소성 덕분에 다양한 형태로 성형될 수 있으며 많은 유용한 용도로 활용됩니다.
플라스틱은 저렴하고 다용도이며 무균이기 때문에 가전제품, 식품 포장, 건설, 의료 기기 등 다양한 분야에 활용되어 우리 생활에 가치를 더합니다.
지난 수십 년간 플라스틱 사용량은 크게 증가하여 현재 매년 약 4억 5천만 톤의 플라스틱 폐기물이 발생합니다. 실제로 이는 전체 해양 폐기물의 최소 85%를 차지합니다. 플라스틱 폐기물의 대부분(46%)은 매립되고, 재활용을 위해 수집되는 비율은 15%에 불과하며, 재활용되는 비율은 9% 미만입니다. 나머지는 작은 조각으로 부서지거나 소각됩니다.
플라스틱이 지구의 화석 기록에 남게 되면서 심각한 환경, 건강, 사회, 경제적 영향을 초래합니다. 또한 최근 연구에 따르면 물과 식품 속에 미세 입자가 점점 더 많이 존재함이 밝혀져 이러한 문제를 더욱 악화시키고 있습니다.
컬럼비아 대학교 연구원들의 새로운 연구에 따르면 매장에서 판매되는 병에 든 물에 이전에 추정된 것보다 10배에서 100배 더 많은 플라스틱이 포함될 수 있다고 밝혀졌습니다. 물에서 발견된 플라스틱은 나노입자 형태였으며, 이는 인간 머리카락 평균 너비의 1,000분의 1에 해당합니다. 이러한 나노입자는 현미경으로도 볼 수 없을 정도로 작으며 소화관이나 폐 조직을 통해 혈류로 이동할 수 있습니다. 혈류에 들어가면 이러한 미세 입자는 유해한 합성 화학 물질을 몸 전체와 세포에 퍼뜨릴 수 있습니다.
연구에 따르면 평균적으로 1리터의 물에서 240,000개의 플라스틱 입자가 검출되었으며, 이는 두 개의 표준 크기 병 물에 해당합니다. 이 입자들은 7가지 종류의 플라스틱에서 유래했으며, 그 중 90%가 나노플라스틱이고 나머지 10%가 마이크로플라스틱입니다.
마이크로플라스틱은 0.2인치 이하에서 1/25,000인치까지의 고분자 조각을 말합니다. 이보다 더 작은 입자는 나노플라스틱으로 분류되며, 미터의 억분의 일 단위로 측정됩니다.
이 발견은 플라스틱이 피부 세포를 탈락시키듯 지속적으로 떨어져 나간다는 것을 보여줍니다. 작은 플라스틱 조각이 계속해서 떨어져 나가므로 스테인리스 스틸이나 유리 용기를 사용해 노출을 줄이는 것이 중요합니다.
그 연구를 “극도로 인상적”이라고 부른 펜실베이니아 주립대학 에리 캠퍼스 지속 가능성 담당 이사 Sherri “Sam” Mason(연구에 참여하지 않았음)은 다음과 같이 말했습니다:
“그들이 이 작업에 쏟은 노력은 정말 깊이 있었습니다 … 저는 이를 획기적이라고 부르고 싶습니다.”
나노입자의 화학 구조 및 위험성 연구
2018년, Mason은 미생물 플라스틱과 나노플라스틱이 대부분(93%)의 병에 든 물 샘플에 존재한다는 것을 처음 발견한 연구를 공동 저술했습니다. 그녀의 연구에 따르면 오염된 1리터의 물에는 평균 300개의 작은 입자와 인간 머리카락보다 넓은 플라스틱 입자 10개가 포함되어 있었습니다.
따라서 나노플라스틱이 존재한다는 사실은 이미 알려졌지만, 당시에는 이러한 입자를 평가하거나 더 많은 입자가 존재하는지를 확인할 수 없었습니다.
현재 2024년 1월 셋째 주에 발표된 Proceedings of the National Academy of Sciences 저널의 새로운 연구에 따르면, 나노입자를 단순히 관찰하는 것을 넘어 개수와 화학 구조까지 분석할 수 있는 새로운 기술이 입증되었습니다.
라만 분광법으로 알려진 레이저 기반 기술의 변형 버전에 기반한 새로운 접근법은 이를 가능하게 합니다. 자극 라만 산란 현미경(SRS)은 빛에 대한 분자의 진동을 측정하고 신호를 크게 증폭시켜 나노입자를 감지할 수 있게 합니다. 이는 고분자, 즉 “플라스틱의 플라스틱 부분”이 인체에 해를 끼치는지 이해하는 데 도움이 될 것으로 기대됩니다.
이 연구는 나노플라스틱 분야에서 현미경을 최초로 활용한 연구였습니다. 연구팀은 미국에서 판매되는 이름이 알려지지 않은 세 가지 인기 물 브랜드를 조사했으며, 1리터당 300개가 아니라 110,000에서 370,000개의 플라스틱 입자가 포함되어 있음을 발견했습니다.
“이 입자들은 무기 나노입자, 유기 입자 및 우리가 조사한 일곱 주요 플라스틱 유형에 포함되지 않은 기타 플라스틱 입자일 수 있습니다.”
– 연구에 참여했으며 컬럼비아 대학교 지구 관측소의 부교수인 Beizhan Yan
이 기술이 나노입자를 관찰하고 분석할 수 있는 능력은 특히 뇌와 몸이 발달 단계에 있어 독성 노출에 더 취약한 영유아와 어린이의 인체 건강에 대한 잠재적 위험을 더 잘 이해할 수 있는 기회를 제공합니다.
다양한 플라스틱 오염 유형 중에서 나노플라스틱은 크기가 매우 작아 주요 장기의 세포와 조직에 침투할 수 있기 때문에 가장 우려됩니다. 일단 침투하면 이러한 플라스틱 조각은 중금속, 프탈레이트, 비스페놀, 난연제 및 PFAS(과불소화 물질)와 같은 화학 물질을 축적할 수 있습니다. 이러한 내분비 교란 물질(EDC)은 2018년만 해도 미국 보건 비용을 약 2,500억 달러 증가시키는 등 급격한 상승을 초래했습니다, 연구에 따르면.
이미 마이크로플라스틱의 작은 크기로 인해 환경에서 독성 물질을 흡수하고 식품 사슬에 진입할 수 있음이 관찰되었습니다. 또한 플라스틱 생산에 사용되는 모든 화학 물질은 플라스틱과 함께 우리 몸에 들어올 뿐만 아니라 플라스틱에서 우리 몸으로 이동하는데, 우리 몸은 외부 환경보다 높은 온도를 가지고 있습니다.
이러한 화학 물질은 신장, 간, 뇌에 들어가며, 이후 임신한 쥐를 대상으로 한 연구에서 어미가 플라스틱 입자를 섭취하거나 흡입한 지 24시간 만에 태아의 뇌, 심장, 간, 신장, 폐에서도 발견되었습니다.
“현재까지 인간 태반에서도 미세 및 나노플라스틱이 발견되었습니다. 인간 폐 조직에서도 발견되었으며, 인간 대변 및 혈액에서도 발견되었습니다.”
– 연구 공동 저자이자 Rutgers University 약학부 부교수인 Phoebe Stapleton
마이크로플라스틱의 내구성은 장기적인 생태 및 건강 위험을 초래함을 의미합니다. 또한 최근 연구 결과는 허리케인과 같은 자연 재해가 강력한 확산 메커니즘으로 작용해 이 오염에 기여한다는 것을 시사합니다. 이는 전 세계 생태계와 인간 건강에 점점 커지는 위협이 됩니다.
지속 가능성 지표를 통한 플라스틱 오염 문제 해결
새로운 기술과 접근법이 이전에 보이지 않았던 나노입자를 분석하는 데 활용되는 동시에, 플라스틱 오염 문제를 해결하기 위한 진전도 이루어지고 있습니다. 최근 연구에서 해양 연구에 전념하는 비영리 단체인 Woods Hole Oceanographic Institution(WHOI) 연구원들은 환경 지속성이 낮은 플라스틱 제품의 생태 설계를 위한 지속 가능성 지표를 개발했습니다. 이 지표를 준수하면 환경 및 사회적 이익을 얻을 수 있을 것으로 기대됩니다.
이 새로운 연구는 플라스틱 및 그 대체품의 환경 영향을 비교했으며, 플라스틱의 환경 지속성을 고려하면 단일 소비재에 대해 수억 달러에 달하는 이익을 얻을 수 있음을 보여주었습니다.
이러한 제품은 일반적으로 자원 고갈과 환경 문제 사이의 균형을 맞추어 설계됩니다. 이러한 균형이 필요한 이유는 영향을 추정하는 프레임워크는 존재하지만, 아직까지 재료 선택이나 환경 지속성을 정량화하는 도구가 개발되지 않았기 때문입니다. 최신 연구는 설계자, 엔지니어, 과학자들이 정보에 입각한 설계 결정을 내리고 연구 우선순위를 설정할 수 있도록 메트릭과 방법을 도입함으로써 이 격차를 해소하고자 합니다.
이를 위해 ACS Sustainable Chemistry & Engineering 저널에 발표된 새로운 연구는 환경 지속성이 낮은 플라스틱 제품의 생태 설계를 위한 지속 가능성 지표를 개발했습니다.
플라스틱 오염이 인체 건강과 생태계에 미치는 위험에도 불구하고 플라스틱 제품 사용은 계속 증가하고 있습니다. 따라서 그 해를 제한하려면 플라스틱이 환경에 미치는 위협을 고려한 설계 전략이 필요합니다, 연구에서 언급된 바와 같이.
이를 위해 성능을 유지하면서 환경 지속성을 낮추는 플라스틱 제품의 친환경 설계를 위한 지속 가능성 지표가 개발되었습니다. 분석을 통해 환경 영향을 적게 주면서도 기능적인 플라스틱 제품을 제조하기 위해 개발, 채택 및 투자가 필요한 재료와 그 특성을 식별합니다.
“중요한 것은 기능적이고 지속 가능하며 무해한 재료, 제품, 프로세스를 설계하여 녹색 재료 공학의 모든 원칙을 우리가 살아갈 미래 세계에 구현하는 방법을 결정하는 것입니다.”
– 주요 저자인 재료 과학자이자 엔지니어인 Bryan James가 말했습니다
그는 덧붙였습니다:
“엔지니어, 제품 디자이너, 그리고 일반 소비자까지도 제품 성능을 희생하지 않으면서 환경을 위해 최선의 선택을 할 수 있는 다음 전략과 도구는 무엇일까요?”
이 지표를 만들기 위해 연구팀은 플라스틱의 환경 분해 속도와 기존의 재료 선택 전략을 활용했습니다. 이 접근법은 다양한 재료의 환경 영향과 특성에 초점을 맞추어, 환경 지속성을 기반으로 한 가이드를 제공했습니다.
지속성에 대한 지속 가능성 지표를 구현하는 것은 소비재에 사용되는 다양한 플라스틱 종류에 대한 포괄적인 데이터가 역사적으로 부족했기 때문에 어려웠습니다. 그러나 최근 다양한 플라스틱의 현실적인 환경 분해 속도에 대한 충분한 데이터에 접근함으로써, 연구자들은 설계 과정에서 한 재료를 다른 재료로 교체하면 제품 비용과 온실가스 배출량을 모두 감소시킬 수 있음을 보여줄 수 있게 되었습니다.
다양한 플라스틱 종류의 특성을 고려하고 전략적으로 활용함으로써, 환경 지속성을 최소화하는 전환이 가능해져 상당한 이점을 제공합니다.
예를 들어, 연구팀은 이 지표를 적용해 일회용 커피 컵 뚜껑을 셀룰로오스 디아세테이트와 폴리하이드록시알카노에이트와 같은 대체 재료로 전환했습니다. 이러한 전환은 사회에 대한 환경 비용을 수억 달러 수준으로 감소시킬 수 있습니다. 현재 폴리락트산, 폴리프로필렌, 폴리스티렌 등으로 제작되는 이 뚜껑들은 전 세계 해안 정화에서 수집되는 플라스틱 쓰레기의 약 5%를 차지합니다. 셀룰로오스 디아세테이트와 폴리하이드록시알카노에이트는 약간 더 비싸지만 폴리락트산보다 온실가스 배출이 낮고 해양에 지속되지 않습니다.
어떤 재료로 전환할지 결정할 때, 연구팀은 온실가스 배출량은 낮지만 지속성이 높은 재료를 사용할지, 약간 높은 배출량이지만 지속성이 적은 재료를 사용할지를 고려했습니다. 이를 위해 연구는 각 재료의 환경 비용에 금전적 가치를 부여했습니다.
“제품이 존재하지 않거나 더 빨리 사라짐으로써 지속성을 낮추는 것만으로도 사회에 대한 비용을 크게 줄일 수 있습니다.”
– WHOI 해양 화학 및 지구화학 부서의 박사후 연구원인 Jame이 말했습니다
디자이너들이 현재 고려하지 않는 뚜껑의 지속성을 고려함으로써, WHOI 해양 화학 및 지구화학 부서의 수석 과학자인 공동 고문 Christopher Reddy는 이 지표가 문제 정의에서 해결책 도출로 서사를 전환시키며 “획기적”이라고 말했습니다.
WHOI 해양 화학 및 지구화학 부서의 공동 저자이자 공동 고문인 Collin Ward(부과학자)는 플라스틱이 높은 활용도를 가지고 있어 “당분간 사라지지 않을 것”이라고 언급했습니다. 그러나 모두가 플라스틱 오염 문제와 환경으로 새는 양에 동의합니다. Ward는 다음과 같이 말했습니다:
“이 연구에서 제시된 프레임워크는 소비자의 요구를 충족하면서 우연히 환경에 유출될 경우 지속되지 않는 재료를 설계함으로써 이 문제를 해결하기 위한 중요한 첫 단계입니다.”
클릭하면 태아부터 성인까지 미세플라스틱이 우리 몸을 오염시키는 방법을 알아볼 수 있습니다.
플라스틱 폐기물 제거를 위한 혁신적인 솔루션을 개발하는 기업들
플라스틱 오염이 중요한 문제로 대두됨에 따라 전 세계 많은 기업들이 하천에서 플라스틱 폐기물을 제거하기 위한 솔루션을 개발하고 있습니다, 예를 들어:
1. SUEZ Group
이 유럽 기업은 전 세계적으로 물 순환 관리와 폐기물 재활용 및 회수 솔루션에 집중하고 있습니다. SUEZ Group은 환경 보호를 위해 거의 1,700개의 특허와 10개의 연구 센터를 보유하고 있습니다.
이 회사의 주식은 파리와 브뤼셀의 유로넥스 거래소에 상장되어 있으며 현재 EUR 19.83에 거래되고 있습니다. 2023년 9월에는 중국의 2060 탄소 중립 목표를 지원하기 위해 물 및 폐기물 프로젝트에 대한 두 개의 신규 계약을 체결했습니다.
2. Clearwater Mills
이 회사는 강의 폐기물을 해결하기 위해 Trash Wheels를 구축했으며 현재까지 약 2,000톤의 쓰레기를 수거했습니다. 작동 방식은 강을 가로질러 V자 형태로 배치된 방어 부표에 물 표면 바로 아래에 고무 스커트를 두어 쓰레기를 포착하고, 회전하는 물 휠로 전달해 강에서 쓰레기를 들어올리는 것입니다.
결론
플라스틱 오염이라는 심각한 문제를 해결하려면 문제를 이해하고 새로운 접근법을 모색하는 것이 필수적입니다. 앞서 살펴본 바와 같이, 플라스틱을 미세 수준에서 조사하고 생태계와 인체 건강에 미치는 위협을 평가하는 연구가 진행되고 있습니다. 또한 과학자들은 플라스틱 생산을 줄이고 플라스틱 제품의 설계와 재료를 개선하기 위한 다양한 전략을 연구하고 있습니다. 이러한 노력은 설계자, 과학자, 기업이 플라스틱 오염 위기에 큰 영향을 미칠 수 있도록 돕습니다.
