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2025-04-04 (금)

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미국, 석탄재에서 84억달러 상당 희토류 금속 발견⋯수입 의존도 감소 기대

미국내 석탄 매립지에서 84억달러(약 12조 1296억원) 상당의 희토류가 매장되어 있다는 연구 결과가 발표돼 주목받고 있다. 텍사스대학교 오스틴 연구팀은 미국내 석탄재에 약 1100만톤(t)의 희토류 원소가 포함된 것으로 추정된다고 밝혔다. 해당 연구에 대해서는 과학 전문매체 사이테크데일이, 인터레스팅엔지니어링 등 다수 외신이 17일(현지시간) 보도했다. 희토류 원소는 원자번호 57에서 71까지 15개 원소에 스칸듐과 이트륨을 더한 17개 원소를 통틀어 이르는 것으로, 스마트폰부터 신재생 에너지 기술에 이르기까지 광범위하게 사용되는 핵심 소재다. 사이테크데일리에 따르면 현재 미국은 희토류 공급을 거의 전적으로 수입에 의존하고 있으며, 그 중 약 75%가 중국에서 공급된다. 이러한 의존도는 글로벌 공급망의 복잡성과 지정학적 긴장으로 인해 우려를 불러일으키고 있다. 이번 연구 결과는 이러한 상황에서 추가채굴을 하지 않고도 미국내에 막대한 양의 희토류가 존재한다는 사실을 새롭게 밝혀낸 것으로, 수입 의존도를 낮추고 핵심 광물 조달 전략에 변화를 가져올 것으로 전망된다. 쓰레기에서 보물로⋯석탄재의 재발견 석탄 연소후 발생하는 분말 형태의 부산물인 석탄재는 오랫동안 산업 폐기물로 여겨져 왔다. 그러나 과학자들은 최근 석탄재가 풍부하고 접근 가능한 희토류 공급원임을 확인했다. 희토류는 배터리, 태양광 패널, 고성능 자석 제조에 필수적인 원소다. 이번 연구의 공동 저자인 텍사스 오스틴 대학 경제지질국 브리짓 스캔런 연구 교수는 "이번 발견은 '쓰레기에서 보물로'라는 격언을 실제로 보여주는 사례"라며 "폐기물을 활용해 자원을 회수하고 동시에 환경 영향도 줄이는 순환 경제를 구축하고자 한다"고 말했다. 매장량의 8배⋯글로벌 공급망 영향 주목 연구팀은 미국 석탄재에 함유된 희토류가 약 1,100만 톤에 달하는 것으로 추정했다. 이는 현재까지 알려진 미국 내 희토류 매장량의 약 8배에 해당하는 규모다. 석탄재를 자원으로 평가한 최초의 전국적인 분석이라는 점에서, 이번 연구는 미국의 핵심 광물 공급망 강화에 새로운 가능성을 제시한다. 특히 석탄재 추출 방식은 기존 광업 방식과 달리 에너지 집약적인 정제 과정의 필요성을 줄여준다. 석탄 연소 과정에서 이미 광물과 모암이 분리되었기 때문이다. 공동저자인 와이오밍 대학의 데이빈 배그도나스 연구원은 "전국적으로 엄청난 양의 석탄재가 존재하며, 광물 추출의 초기 단계가 이미 완료된 상태"라고 설명했다. 연구팀은 1985년부터 2021년까지 생산된 석탄재의 약 70%, 약 1873만톤이 잠재적으로 회수가능한 것으로 추산했다. 지역별 함량 차이⋯경제성 분석 필요 연구 결과에 따르면 석탄재 내 희토류 함량은 지역별로 차이를 보인다. 애팔래치아 분지의 석탄재는 킬로그램당 평균 431밀리그램(으로 가장 높은 농도를 나타냈으나, 회수 가능성은 30%에 불과했다. 반면 파우더 리버 분지의 석탄재는 농도가 상대적으로 낮은 킬로그램당 264밀리그램이지만, 회수율은 70%로 높아 대규모 회수에 더 유리한 것으로 분석됐다. 스캔런 교수는 "이러한 지역별 차이는 경제적으로 가장 실현 가능한 매장지를 결정하는 데 중요한 요소"라며 "이러한 광범위한 분석은 이전에는 이루어진 적이 없으며, 향후 연구의 기반을 제공할 것"이라고 강조했다. 잠재력을 현실로⋯기술 개발 및 투자 필요 이번 발견은 매우 고무적이지만, 이를 현실적인 해결책으로 만들기 위해서는 과제가 남아있다. 엘리먼트 USA(Element USA)와 같은 기업들은 석탄재 및 광산 부산물에서 희토류를 추출하는 데 필요한 기술과 인력 개발에 힘쓰고 있다. Element USA의 최고 전략 책임자인 크리스 영은 "광산 부산물에서 희토류를 얻는다는 아이디어는 매우 합리적"이라면서도 "이러한 상식을 경제적인 해결책으로 전환하는 것이 과제"라고 말했다. 미국은 자국내 희토류 회수 분야에 대한 투자를 확대하면서 큰 기회를 맞이하고 있다. 이처럼 간과되었던 자원을 활용함으로써, 미국은 해외 공급원에 대한 의존도를 줄이고 폐기물을 전략적인 국가 자산으로 전환할 수 있을 것으로 기대된다. ◇ 참고 문헌: Robert C. Reedy, Bridget R. Scanlon, Davin A. Bagdonas, James C. Hower, Dennis James, J. Richard Kyle, Kristine Uhlman의 "미국의 석탄재 자원과 희토류 원소 생산 잠재력", 2024년 9월 17일, International Journal of Coal Science & Technology . DOI: 10.1007/s40789-024-00710-z
- 산업
2025-03-18 11:08:00
[신소재 신기술((149)] 플라스틱 폐기물을 지속가능한 제트 연료로 전환

플라스틱 폐기물에서 탄소 발자국을 줄이는 지속가능한 항공유 추출 기술이 개발됐다. 미국 연구진이 폐폴리스티렌을 활용하여 지속가능한 항공유에 필수적인 첨가제인 에틸벤젠을 생산하는 획기적인 기술을 개발했다고 사이테크데일리가 전했다. 이는 항공 산업의 탄소 발자국을 줄이고 화석 연료 의존도를 낮추는 데 크게 기여할 것으로 기대된다. 일리노이 대학교 연구팀은 최근 'ACS 지속가능한 화학 및 공학 저널(ACS Sustainable Chemistry and Engineering)' 저널에 발표된 연구에서 폐폴리스티렌을 열분해와 수소화 과정을 거쳐 에틸벤젠으로 전환하는 기술을 소개했다. 에틸벤젠은 항공유 시스템의 성능 유지를 위해 필수적인 방향족 탄화수소로 윤활 및 밀봉 기능을 수행한다. 에틸벤젠으로 연료 성능 개선 기존의 지속 가능한 항공유는 폐지방, 오일, 동물성 지방인 그리스(grease), 식물 바이오매스 등 비석유 자원으로 만들었다. 그러나 이는 방향족 탄화수소 함량이 부족해 기존 항공기 및 인프라 와의 호환성을 유지하기 위해서는 최소 8.4% 이상의 방향족 탄화수소를 혼합해야 한다. 현재 지속 가능한 항공유의 방향족 탄화수소 함량은 약 0.5%에 불과하며, 이는 지속 가능한 항공유 사용 확대에 걸림돌로 작용해왔다. 일리노이 지속 가능한 기술 센터(ISTC)의 연구 과학자 홍 루는 "방향족 탄화수소는 기계 부품을 윤활하고 씰을 팽창시켜 정상 작동 중 누출을 방지함으로써 연료 시스템 성능을 유지하는 데 필수적이다"라고 설명했다. 연구팀이 개발한 기술은 폐폴리스티렌을 에틸벤젠으로 전환하여 기존 항공유 사용 걸림돌을 해결할 수 있는 가능성을 제시한다. 폐폴리스티렌은 탄화수소가 풍부하고 매립지에 막대한 양이 폐기되고 있어 지속가능한 에틸벤젠 생산에 적합한 원료로 평가된다. 전 세계적으로 생산되는 플라스틱은 재활용율이 겨우 10% 미만에 불과하다. 2025년에는 플라스틱 폐기물이 400억톤에 이를 것으로 예상된다. 특히 포장재와 건축 자재에 널리 사용되는 폴리스티렌(PS)은 매립지에 버려지는 폐기물의 약 33%를 차지하지만, 재활용율은 1%에 불과하다. 2022년 폴리스티렌의 전 세계 생산량은 1540만톤에 달했다. 그 중에서 재활용된 폴리스티렌은 겨우 15만4000톤에 불과했다. 탄소 배출량 60% 감축 연구팀은 폐폴리스티렌에서 추출한 에텔벤젠을 지속가능한 항공유에 혼합하여 성능을 평가한 결과, 화석 연료에서 추출한 에틸벤젠과 거의 동일한 성능을 보이는 것으로 확인했다. 또한, 폐폴리스티렌 유래 에틸벤젠은 생산 비용이 저렴하고 탄소 배출량을 최대 60%까지 감축할 수 있는 것으로 나타났다. 이번 연구는 지속가능한 항공유 생산 및 활용 확대에 중요한 전환점이 될 것으로 기대된다. 미국 에너지부는 2030년까지 지속가능한 항공유 생산량을 연간 30억 갤런으로 늘리고, 2050년까지 항공유 사용량(연간 350억 갤런)의 100%를 지속가능한 항공유로 대체하는 것을 목표로 하고 있다. 폐플라스틱을 활용한 에틸벤젠 생산 기술은 이러한 목표 달성에 기여할 수 있을 뿐만 아니라, 폐기물 문제 해결과 탄소 배출 감축에도 효과적인 방안으로 주목받고 있다.
- ESGC
2025-01-21 11:35:00
[기후의 역습(109)] 개인이 할 수 있는 2025년 기후변화 대응 전략 7가지

기후 변화를 늦추는 것은 인류의 최우선 과제지만, 개인의 소소한 기후 행동이 더해지면 기후 변화의 원인이 되는 배출을 줄이는 데 큰 도움이 될 수 있다. 2024년 1년 동안 역대 처음으로 섭씨 1.5도의 임계치가 깨지면서 세계적으로 배출을 줄여야 할 시급성이 부각됐다. 기후 변화를 억제하는 데 필요한 대부분의 작업은 재생 에너지 확대에서 석유, 가스, 석탄 생산 중단에 이르기까지 개인의 권한을 넘어선다. 그러나 개인의 행동도 기후 변화를 늦추는 데 기여할 수 있다. 하지만 어디서부터 시작해야 할지 알기 어려울 때가 많다. 어떤 단계가 실제로 의미 있는 변화를 가져올 수 있을까. BBC가 2025년 더 지속 가능한 삶을 위해 취할 수 있는 가장 영향력 있는 몇 가지 행동을 모아 전했다. 식물성 식품을 더 많이 먹는 것부터 비행기 타는 횟수를 줄이는 것, 중고 의류를 더 많이 사는 것 등 일곱 가지가 제시됐다. 식물성 식단으로 탄소 배출 절감 2033년까지 청록색 지구에는 소가 약 20억 마리, 돼지 10억 마리, 가금류 320억 마리, 양 약 30억 마리 등 동물이 약 380억 마리 살고 있을 것이다. 이들은 살아가면서 강력한 온실가스인 메탄과 아산화질소를 방출한다. 이 온실가스 분자들은 이산화탄소보다 각각 28배와 265배 더 강한 지구 온난화 효과를 일으킨다. 이들을 유지하는 데 필요한 막대한 양의 땅과 물은 말할 것도 없을 것이다. 과학계는 지구 온난화에서 구하기 위해 사람이 행동을 바꿀 수 있는 가장 좋은 방법 중 하나가 '고기를 덜 먹는 것'이라는 데 동의하고 있다. 영국의 한 연구에 따르면, 채식주의자의 식단에서의 탄소 배출은 가장 강한 육식주의자 식단의 25%에 불과하다. 채식주의자와 비건 모두 잡식주의자보다 물 사용량이 현저히 낮고 생물 다양성에 미치는 피해도 적다. 2022년 BBC 어스는 이를 시험하기로 결정하고 일주일 동안 식단에서의 탄소 배출량을 추적했다. 추적 결과 채식주의 식단이 항상 그런 것은 아니었지만 실제로 탄소 배출량이 낮았다. 탄소 배출량은 매일 발생하는 음식 쓰레기와 사용하는 조리 방법도 적지 않은 영향을 미쳤다. 비행기 대신 기차 이용 미국에서 교통수단은 가장 큰 이산화탄소 배출원이다. 총 탄소 배출량의 거의 3분의 1을 차지하며 전 세계 배출량의 16%를 차지한다. 인프라 변화는 교통으로 인한 배출량을 줄이는 데 중요한 역할을 하지만, 개인의 행동 역시 이 부문의 배출을 줄이는 데 기여할 수 있다. 비행기 탑승을 줄이는 것은 지속 가능한 삶을 사는 가장 좋은 방법 중 하나다. 두 명 이상이 함께 기차, 버스 또는 자동차를 이용하면 km 또는 마일당 탄소 배출량이 항상 낮다. 그리고 비행기 탑승을 줄이면 집에서 더 가까운 곳으로 여행할 수 있어 탄소 배출을 훨신 줄일 수 있다. BBC 작가 마틸다 웰린은 런던과 스웨덴 간 비행기 여행을 장거리 자전거 여행으로 대체한 결과에 대해 “비행기보다 비용이 많이 들고 시간이 훨씬 더 오래 걸렸지만, 잊을 수 없는 여행을 경험했고 인간의 속도로 세상을 보는 것을 즐겼다”고 밝혔다. 그녀는 자동차와 기차 여행도 자전거로 대체할 준비가 되었다고 덧붙였다. 화석연료 자동차를 사용하는 경우 제조에 필요한 에너지와 소재가 적은 소형차를 선택하면 배출을 줄일 수 있으며, 전기 자동차는 기후에 전반적으로 순이익이 된다. 어떤 자동차를 사용하든 운전을 줄이는 것만으로도 큰 영향을 미칠 수 있다. 특히 도보나 자전거로 이동할 수 있는 짧은 거리의 경우 건강에도 도움이 된다. 가능하다면 자동차를 완전히 없애는 것도 좋은 방법이다. 의류 구매 줄이기 패션은 지구 온난화에 큰 영향을 미친다. 항공과 운송을 합친 것보다 많은 탄소를 배출한다. 전 세계 배출량의 8~10%를 차지한다. 환경 비영리 단체인 엘렌 맥아더 재단에 따르면, 매초 쓰레기 트럭 한 대에 해당하는 옷이 소각되거나 매립지에 묻힌다. 옷장을 더 지속 가능하게 만들려면 어떻게 해야 할까. 가장 좋은 방법은 새 옷을 덜 사는 것이다. 특히 지속 불가능한 소재로 만든 패스트 패션 아이템은 기피하는 것이 좋다. 옷을 사는 대신, 빌리거나 기존 옷장을 업사이클하거나, 온라인 플랫폼을 통해 중고품으로 바꿀 수 있다. 중고 또는 업사이클 의류는 미국 평균 옷장의 9%에 불과하지만, 미국 패션 부문의 다른 어떤 채널보다 빠르게 성장하고 있으며, 향후 10년 내에 거의 900억 달러 시장이 될 것으로 예상된다. 지속가능한 단백질 사료 사용 반려동물과 사는 것이 그다지 환경 친화적인 것은 아니다. 반려묘의 경우 일생 동안 3톤 이상의 탄소를 발생한다. 휘발유 자동차를 1만 2070km 운전하는 것과 동일하다. 동물의 탄소 누적 발생을 줄이는 방법이 있다. 한 가지 옵션은 사료를 보다 지속 가능한 단백질로 전환하는 것이다. 사료 재료로 생선을 사용하면 배출량은 양고기와 소고기 재료의 4분의 1에 불과하다. 또 다른 대체 단백질은 곤충이다. 곤충은 음식물 쓰레기를 분해하는 동물이다. 개 배변을 담는 봉투도 재활용 재료로 전환한다. 난방의 열원 대체 화석연료가 여전히 전 세계 난방 에너지 수요의 60%를 충당하고 있다. 이 부문의 배출은 재생 에너지의 사용 증가에도 불구하고 여전히 늘고 있다. 열원을 대체하는 것이 매우 중요한 과제다. 브뤼셀에서는 지하의 하수 시스템을 활용해 도시의 건물을 난방했다. 캐나다 밴쿠버에서 진행된 유사한 프로젝트는 폴스크릭 교외의 주택을 덥히는 데 도움이 된다. 데이터 센터와 인체 자체도 화석연료 기반 난방을 줄이는 데 활용할 수 있는 다른 잠재적인 에너지원이다. 이들은 대단위 프로젝트이지만 개인을 위한 저탄소 옵션도 등장하고 있다. 열펌프는 현재 태양광 에너지와 함께 집을 난방하는 가장 탄소 효율적인 방법 중 하나다. 분석에 따르면, 열펌프 설치 비용은 국제적으로 낮아지고 있다. 여전히 초기 설치 비용이 많이 들지만, 30개국에서 열펌프에 대한 재정적 인센티브를 제공하고 있다. 국제에너지기구(IEA)는 2030년까지 열펌프가 전 세계 탄소 배출량을 최소 5억 톤, 즉 현재 유럽의 모든 자동차의 연간 탄소 배출량과 동일한 수준으로 줄일 수 있다고 추정한다. 가스 보일러에 의존하는 가정은 수리를 통해 난방 효율성을 개선하고 에너지 비용을 줄일 수 있다. 단열재, 통풍 차단 장치, 두꺼운 커튼 등이 그것이다. 친환경적 연금 투자 돈을 저축하고, 투자하고, 지출하는 방식을 올바로 선택하면 기후에 놀라울 정도로 큰 변화를 가져올 수 있다. 은행은 화석연료의 주요 자금 조달자이다. 은행의 이런 정책에 불만이 있다면 신용 조합이나 건축 조합으로 돈을 옮기는 것을 고려할 수 있다. 이들은 투자 방식 때문에 화석연료에 자금을 지원할 가능성이 낮다. 연금은 지출을 더 녹색으로 만들 수 있는 가장 직접적인 방법 중 하나다. 연금 기금은 총자산이 56조 달러 이상으로, 자본 시장의 세계 최대 투자자다. 그러나 대부분의 사람들은 연금이 어떻게 투자되는지조차 모른다. 첫 번째 단계는 연금 제공자에게 지속 가능성을 위해 어디에 투자하고 있는지를 묻는 것이다. 일회용 플라스틱 사용 줄이기 남극 해빙, 가장 깊은 해구의 동물 내부, 우리의 음식과 식수에서 미세 플라스틱이 발견됐다. 생활에의 침투는 점점 더 심화되고 있다. 플라스틱 생산량은 2050년까지 최소 두 배로 늘어날 것으로 예상된다. 미국의 플라스틱 폐기물은 1960년 이후 지속적으로 증가했다. 현재 속도로 플라스틱 소비를 계속한다면 2050년까지 석유 생산량의 20%를 차지할 수 있다. 플라스틱의 99% 이상은 화석연료에서 얻은 화학 물질로 만들어진다. 플라스틱을 완전히 없애는 것은 어렵지만 소비를 줄이기 위한 조치는 취할 수 있다. 이는 건강에도 도움이 된다. 야채 등 상품 포장지를 플라스틱에서 재활용 봉지로 바꾸는 것이 대표적인 사례다. 플라스틱 식기는 재활용하기 어렵다. 운반 케이스에 들어 있는 휴대용 식기 키트를 가지고 다니면 지속 가능하다. 빨대도 종이로 대체되고 있지만 종이 빨대가 반드시 환경에 더 좋은 것은 아니다. 재사용 가능한 빨대가 더 바람직한 솔루션이다.
- ESGC
2025-01-06 07:57:00
생분해성 플라스틱, 플라스틱 폐기물 없애는 만병통치약이 아닌 이유는?

현대 사회는 플라스틱으로 인한 오염을 해결하기 위해 고민하고 있다. 폐 플라스틱은 환경 오염을 일으킬뿐 아니라 기후 변화에도 큰 영향을 미치고 있다. ABC뉴스에 따르면 전 세계적으로 매년 4억 톤의 플라스틱이 생산되고 있으며, 유엔환경계획은 이 수치가 2050년까지 두 배로 증가할 것으로 예상했다. 게다가 미국은 다른 어느 나라보다 많은 플라스틱을 생산한다. 2020년 사이언스 어드밴시스에 발표된 논문에 따르면, 미국은 2016년에만 4200만 톤의 플라스틱을 생산했는데, 이는 1인당 약 286파운드에 해당된다. 중국과 모든 유럽연합 회원국에서 생산되는 양을 합친 것보다 더 많은 양이다. 그렇다면 이 플라스틱을 어떻게 처리해야 할까. ABC뉴스의 수석 기상 캐스터이자 기후 전문기자인 진저 지는 "플라스틱의 추가 생산과 오염을 막는 가장 쉬운 방법은 가능한 한 플라스틱을 사용하지 않는 것"이라고 말했다. "가장 좋은 해결책은 플라스틱을 아예 사용하지 않는 것"이라고. 그러나 이것이 항상 가능한 것은 아니다. 현대인 대부분이 일상생활에서 플라스틱에 의존하고 있기 때문이다. 미시간 주립대학의 화학 및 재료 공학과의 라마니 나라얀 교수는 "현대인은 음식을 먹고 포장하고 운송하는 데 광범위하게 플라스틱을 사용하고 있다"고 말했다. 생분해성 플라스틱의 퇴비화는 플라스틱 폐기물을 관리하는 가능한 솔루션으로 확인되었다. 그러나 이 솔루션이 항상 실행 가능한 것은 아니다. 모든 폐기물 관리 시설에서 쉽게 사용할 수 없는 인프라인 고온 상업용 퇴비화기가 필요하기 때문이다. 나라얀 교수는 퇴비화를 플라스틱 폐기물 전체를 관리하는 만병통치약으로 생각해서는 안 되며, 오히려 분해 과정에서 대기로 유입되는 메탄의 양을 줄이기 위해 생분해성 플라스틱을 매립지에서 분리해야 한다고 지적했다. 퇴비화가 가능한 플라스틱 제품에는 미국 퇴비화 위원회(U.S. Compost Council)의 인증 라벨이 붙어 있으며, 일반적으로 재활용 기호 안에 숫자 '7'과 그 아래에 'PLA'라는 글자가 있다. 이는 폴리락틱산(Polylactic Acid)을 의미하는 것으로, 합성 재료가 아닌 식물 재료에서 파생된 플라스틱으로 생분해성이 아니며 시간이 지나면 미세 플라스틱으로 분해된다. 플라스틱에 'PLA' 대신 'O' 또는 '기타'로 표시된 7번이 있는 경우 일반 가정용 퇴비 통에 버리면 안 된다. 플라스틱 문제는 전 세계적으로 너무 만연해 있다. 수천 년 동안 남아 있을 수 있는 미세 플라스틱은 우리의 일상생활에 깊이 침투해 있다. 일반적으로 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌과 같은 탄화수소 플라스틱으로 만들어진 폐 플라스틱은 배수구로 흘러들어 바다로 유입될 가능성이 높다. 폐 플라스틱은 바다에서 햇빛과 소금물에 담겨 수십 년, 수백 년 또는 수천 년에 걸쳐 분해된다. 또 인간이 폴리에스터로 만들어진 의류를 세탁기에 넣어 돌릴 때마다 미세 플라스틱이 음용수 시스템과 바다로 직접 유입돼 결국 인체로 다시 섭취된다. 세계자연기금(WWF)의 2019년 분석에 따르면, 인간은 일주일에 약 5g의 플라스틱을 섭취할 가능성이 높다. 이는 신용카드 정도의 무게다. 나라얀 교수에 따르면 퇴비화 가능한 플라스틱은 탄소 기반 플라스틱과 달리 환경으로 누출되더라도 지속되거나 축적되지 않는다. 그럼에도 불구하고 플라스틱은 사용하지 않는 것이 최선이라고 지 기자는 강조했다. 인간은 지난 수십 년 동안 일회용 플라스틱 없이도 살 수 있다는 것을 증명했으며, 기술적으로 퇴비화가 가능하더라도 한 번만 사용되는 플라스틱의 사용과 생산을 중단해야 할 때라는 지적이다. 지 기자는 "일회용 플라스틱은 필요 없다"라고 단정하고 "우리는 과거 일회용 플라스틱 없이도 잘 살았다. 일회용 플라스틱을 사는 것을 멈추고 기업에게는 다른 것을 사용하라고 요구해야 한다"고 강조했다.
- ESGC
2024-12-24 10:05:00
[신소재 신기술(132)] 플라스틱 폐기물, 고부가가치 화학물질과 수소 에너지로 재활용하는 기술 개발

플라스틱 폐기물을 분해해 벤조산과 청정에너지인 수소로 재활용하는 기술이 개발됐다. 독일 연구팀이 가장 흔한 플라스틱 폐기물인 폴리스티렌 폐기물을 효율적으로 재활용하는 전기화학적 방법을 개발했다. 이 기술은 저렴한 철 촉매를 사용하여 폴리스티렌을 분해해 벤조산과 그 부산물로 수소를 생성하며, 태양 에너지를 사용하여 작동할 수 있는 장점이 있다고 사이테크 데일리가 보도했다. 플라스틱은 우리 생활에 필수적인 요소가 되었지만, 매립지와 자연 환경에 축적되는 막대한 양의 플라스틱 폐기물은 심각한 문제를 야기한다. 전 세계적으로 생산되는 플라스틱은 재활용율이 겨우 10% 미만에 불과하다. 2025년에는 플라스틱 폐기물이 400억톤에 이를 것으로 예상된다. 특히 포장재와 건축 자재에 널리 사용되는 폴리스티렌(PS)은 매립지에 버려지는 폐기물의 약 33%를 차지하지만, 재활용율은 1%에 불과하다. 2022년 폴리스티렌의 전 세계 생산량은 1540만톤에 달했다. 그 중에서 재활용된 폴리스티렌은 겨우 15만4000톤에 불과했다. PHYS는 캘리포니아 대학교 버클리와 캘리포니아 대학교 산타바바라의 연구자들이 수행한 '2050년까지 전 세계 플라스틱 폐기물 관리 불량과 온실 가스 배출을 줄이기 위한 경로'라는 연구를 인용해 지금처럼 경제 활동을 게속한다면 세계는 2011년부터 2050년까지 엠파이어 스테이트 빌딩 높이의 10배에 달하는 플라스틱 더미로 맨해튼을 덮을 만큼의 쓰레기를 배출할 것이라고 지적했다. 이러한 문제를 해결하기 위해 독일 괴팅겐의 프리드리히 뵐러(Friedrich Wöhler) 지속가능 화학 연구소의 루츠 아커만 교수가 이끄는 연구팀은 폴리스티렌을 효율적으로 분해하는 전기화학적 방법을 개발했다. 이 방법은 폴리스티렌을 분해하여 화학 공정의 원료로 사용할 수 있는 단량체 벤조일 생성물과 짧은 고분자 사슬을 생성하고 그 부산물로 수소를 만들어냈다. 이 기술의 핵심은 헤모글로빈과 유사한 철 포르피린 복합체인 철 기반 촉매이다. 철은 다른 촉매 활성 금속에 비해 독성이 없고 저렴하며 쉽게 구할 수 있다는 장점이 있다. 전기 촉매 반응 과정에서 철 화합물은 Ⅳ, Ⅲ, Ⅱ의 다른 산화 단계를 순환하며, 일련의 반응 단계와 중간 생성물을 거쳐 폴리스티렌의 탄소-탄소 결합을 분해한다. 주요 생성물은 벤조산과 벤즈알데히드이며, 벤조산은 향료 및 방부제 생산 등 다양한 화학 합성의 원료로 사용된다. 연구팀은 실제 플라스틱 기물을 그램 단위로 효율적으로 분해함으로써 이 새로운 전기 촉매 기술의 견고성을 입증했다. 이번 연구 결과는 독일 저명 학술지 '앙게반테 케미(Angewandte Chemie, 응용화학)'에 개재됐다.
- IT/바이오
2024-11-18 16:52:00
[신소재 신기술(98)] 지속가능한 플라스틱? 친환경 대체 소재 개발

영국에서 친환경 플라스틱 소재가 개발돼 플라스틱 오염 문제 해결에 한 걸음 더 가까이 다가서고 있다. 워릭 대학교 연구진은 플라스틱과 유사하지만 환경 파괴를 일으키지 않아 보다 지속 가능한 소재인 유기 공융체를 테스트했다고 테크 타임스가 20일(현지시간) 보도했다. 이 신소재는 플라스틱을 대체하고 전 세계의 플라스틱 의존도를 낮출 잠재력을 가지고 있다고 연구팀은 밝혔다. 수년 동안 플라스틱 폐기물은 기하급수적으로 증가했다. 특히 오랜 시간 분해되지 않고 매립지에 축적되거나 바다로 흘러들어가 환경 문제를 야기해왔다. 플라스틱 해양 투기는 미세 플라스틱(5mm미만인 플라스틱)으로 쪼개져 심해 오염으로 이어져 해양 식량 사슬을 오염시키고, 조개류나 해산물 등을 통해 인체에 재침투되는 결과를 낳고 있다. 특히 인체에 침투한 미세 플라스틱은 심장마비나 뇌졸중 발병 위험을 높이고, 사망률을 높이는 요인이 되고 있다. 전 세계적으로 플라스틱 제품 사용 감축을 위한 노력이 이어져왔지만 가볍고 내구성이 뛰어난 강점을 지닌 플라스틱은 여전히 다양한 산업에서 중요한 소재로 사용되고 있다. 유럽 플라스틱 산업 협회인 플라스틱스유럽(Plastics Europe)에 따르면, 2020년 세계 플라스틱 생산량은 2018년보다 800만 톤 증가한 3억 6700만 톤에 달했다. 프랑스 파리 에펠탑의 무게는 약 1만톤에 달한다. 2020년 전 세계 플라스틱 생산량은 에펠탑이 3만6700개가 만들어진 것과 맞먹는 양이다. 전 세계 플라스틱 생산량은 2040년까지 두 배, 2060년까지 세 배로 증가할 것으로 예상되며, 그 증가분의 대부분은 일회용 플라스틱에서 발생한다. 워릭 대학교 연구팀은 혼합하면 새로운 "유기 및 점성 액체"를 형성하는 특정 유기 분자를 발견했으며, 이를 '(지속가능한 플라스틱) 유망 후보'라고 불렀다. 또한 시차 주사 열량계(DSC) 및 UV-Vis 분광법과 같은 첨단 기술을 사용해 새로운 소수성 물질을 정확하게 측정했다. 연구팀은 결정 성분을 혼합해 '유기 공융체'라고 불리는 새로운 물질을 개발했다. 팀은 이 물질리 폴리머를 대체할 잠재력을 가진 '소수성 공융 분자 액체'를 개발하는 데 성공했다고 여긴다. 매우 짧은 수명 한계 그러나 이 소재는 수명이 매우 짧다는 한계를 가지고 있다. 연구팀은 테스트 결과 최대 14개월 동안만 지속될 수 있음을 확인했다. 그럼에도 불구하고 연구팀은 제조 과정에서 안정성과 가공성을 보장할 수 있었다. 플라스틱은 한때 다양한 산업, 특히 제품과 소비재에 널리 사용되면서 혁신적인 소재로 여겨졌다. 그러나 유기 물질과 달리 분해가 되지 않아 폐기와 재활용 등에서 심각한 환경 오염 문제를 일으키고 있다. 일회용 플라스틱 및 기타 형태의 플라스틱 사용을 줄이기 위한 노력이 있지만 문제는 여전히 남아 있다. 재활용 외에도 과학을 이용해 플라스틱을 제거하는 방법을 개발하는 연구가 진행중이다. 한 연구에서는 플라스틱을 분해할 수 있는 유전자 조작 박테리아를 개발해 해양에 적용할 계획을 가지고 있다. 일회용 플라스틱을 줄이기 위해서는 다회용품을 사용하고, 텀블러나 개인 컵을 들고 다니거나 플라스틱 빨대 사용을 줄이는 등 일상 속의 작은 노력이 필요할 때다.
- 포커스온
2024-08-22 11:19:00
[신소재 신기술(81)] 핀란드, 목재 부산물 리그닌 활용 차세대 배터리 개발 성공

나무에서 발견되는 천연물질인 리그닌을 활용한 차세대 배터리가 개발됐다. 핀란드에 본사를 둔 임업 및 재생 가능 제품 회사인 스토라 앤소(Stora Enso)는 목재의 주요 성분인 리그닌을 기반으로 한 배터리 대체품 리그노드(Lignode)를 개발했다고 더쿨다운이 보도했다. 스토라 앤소는 이 친환경 배터리 생산을 위해 스웨덴의 나트륨 이온베터리 개발사인 알트리스(Altris)와 상용화를 위해 협력했다. 리그노드는 펄프 제조에서 나오는 제품인 리그닌에서 추출한 지속 가능한 경질 탄소로 리튬 이온과 나트륨 이온의 양극(충전 및 방전 중에 이온을 받거나 방출하는 베터리 부품) 재료로 사용된다. 인터레스팅엔지니어링이 따르면, 리튬 배터리는 가장 에너지 밀도가 높은 솔루션이다. 업계는 현재 리튬 배터리를 사용해 휴대전화, 테블릿, 노트북에 전원을 공급하고 있다. 그러나 리튬 배터리는 리튬, 코발트 등 희귀 금속을 활용해 가격이 높으며, 과충전, 과방전 시 화재 위험이나 열폭주현상 등의 안전 문제가 있다. 특히 열폭주 현상은 배터리셀 하나에서 발생한 열이 다른 셀로 전달되어 연쇄적으로 폭발하는 현상으로 대형 화재의 원인이 될 수 있다. 친환경 배터리는 전기 자동차(EV), 태양광 발전, 풍력발전소를 포함한 대체 에너지 운동에도 중요하다. 에너지연구소(IER)는 리튬 배터리 생산 과정에서 상당한 양의 탄소 오염이 대기 중으로 방출된다고 밝혔다. 배터리 핵심 구성 요소 중 하나인 흑연은 대부분 중국에서 공급하기 때문에, 다른 국가들의 중국 의존도가 높은 점도 문제라고 인터레스팅엔지니어링은 지적했다. IER은 "중국이 전기의 약 60%를 석탄에서 얻는다"고 밝혔다. 석탄을 태워서 전력을 생산하면 독성 오염이 발생해 지구 온난화가 더욱 심화될 수 있다. 게다가 "리튬 배터리는 종종 매립지에 버려져 토양과 지하수로 누출될 수 있는 중금속을 포함한 독소를 방출할 수 있다"고 IER은 지적했다. 그로 인해 업게에서는 친환경적인 에너지 저장 대체품 개발에 노력을 기울이고 있다. 리그닌은 침엽수나 활엽수 등 목본식물의 목질부를 구성하는 주요 성분 중 하나로 나무의 20~30%를 차지한다. 셀룰로오스와 함께 식물 세포벽의 주성분이며. 식물의 강도와 견고함을 제공하는 역할을 한다. 리그닌은 복잡한 3차원 구조를 가진 고분자 화합물로, 다양한 페놀 단위들이 연결되어 있다. 이러한 복잡한 구조 때문에 분해가 어려워 제지산업에서는 펄프 생산 과정에 제거해야 하는 골칫거리로 여겨지기도 했다. 하지만 최근에는 리그닌의 활용 가치가 재조명되면서 바이오 연료, 바이오 플라스틱, 접착제 등 다양한 분야에서 활용될 수 있는 가능성이 높아지고 있다. 스토라 엔소는 "펄프 제조에서 나오는 리그닌은 양극 재료 제조를 위한 안정적이고 일관된 원자재 공급을 보장한다"고 설명했다. '생물 기반' 소재는 구성에 탄소를 포함하므로, 리튬 및 나트륨 배터리에서 양극 재료를 만드는 데 사용되는 흑연을 대체할 수 있는 적격 소재다. 이번 친환경 배터리 개발자인 알트리스에 따르면 나트륨 이온 배터리는 지속가능하고 재활용하기 쉽다. 스토라 앤소의 수석 부사장 겸 생체재료 성장 책임자인 유쏘 콘띠넨(Jusso Konttinen)은 "리그노드는 세계에서 가장 지속 가능한 양극 소재가 될 잠재력이 있기 때문에, 알트리스와의 이번 파트너십은 보다 지속 가능한 전기화를 지원하려는 우리의 공동 의지와 완벽하게 부합한다"고 말했다. 스토라 앤소는 자사 웹사이트에서 "리그닌은 펄프를 생산할 때 발생하는 부산물이기 때문에 양극은 순환 공정의 일부로 만들어진다"면서 "실제로 우리는 (목재) 부산물을 귀중한 자원으로 바꾸고 있다"고 밝혔다. 이 창의적인 에너지 저장 방법이 성공적이라면 현재 널리 사용되고 있는 리튬 배터리의 지속 가능한 대체품이 될 수 있다. 리그닌 활용 배터리 개발로 생산 과정에서 대기 오염을 줄이고, 매립지의 독성 폐기물 또한 동시에 줄일 수 있으며, 저렴한 친환경 소재를 활용한 지속 가능한 배터리 생산이 앞당겨질 전망이다.
- 포커스온
2024-07-22 10:39:00
[신소재 신기술(79)] 레이저와 2D 물질로 플라스틱 쓰레기 분해

레이저를 활용해 플라스틱 오염을 해결할 수 있는 방법이 개발됐다. 미국 텍사스 대학교 연구진이 주도하는 국제 연구팀은 레이저를 이용해 플라스틱 분자를 기본 요소로 분해해 재활용하는 기술을 개발했다고 사이테크데일리가 전했다. 매년 수백만톤의 플라스틱 폐기물이 매립지와 바다에 쌓이는 등 플라스틱 오염은 전세계적인 환경 문제로 떠올랐다. 기존의 플라스틱 분해 방법은 에너지 집약적이고 환경적으로 유해해 비효율적인 경우가 많았다. 연구팀은 분해하려는 물질을 전이 금속 디칼코게나이드(TMD)라는 2차원 물질 위에 놓고 빛을 비추는 방식을 활용했다. 이는 기존 기술로는 분해가 어려운 플라스틱 폐기물 해결에 기여할 것으로 기대된다. 연구팀은 이 기술을 통해 플라스틱의 화학 결합을 끊고 새로운 화학 결합을 형성해 발광 탄소점(carbon dot)을 생성했다. 탄소 기반 나노 물질은 다양한 분야에서 활용 가능성이 높다. 특히 이 발광 탄소점은 차세대 컴퓨터 메모리 소자로 활용될 가능성도 있다. 텍사스 오스틴 캠퍼스(UT Austin)의 18개 단과대학 중 하나인 콕렐 공과대학 워커 기계공학부 교수이자 프로젝트 리더 중 한 명인 유빙 정은 "이러한 독특한 반응을 활용하면 환경 오염 물질을 가치있고 재사용 가능한 화학물질로 전환하는 새로운 경로를 탐색해 보다 지속 가능한 순환 경제 발전에 기여할 수 있다"고 말했다. 그는 "이 새로운 발견은 환경 문제를 해결하고 친환경 화학 분야를 발전시키는 데 중요한 의미가 있다"고 덧붙였다. 또한 이번 연구는 탄소-수소 결합 활성화(C-H activation)라는 특정 반응을 이용했다. 이 반응은 유기 분자 내 탄소-수소 결합을 선택적으로 분해해 새로운 화학 결합을 형성하는 과정이다. 연구팀은 TMD를 촉매로 사용해 수소 분자를 가스 형태로 변환시키고, 탄소 분자들이 서로 결합해 정보 저장 점을 형성하도록 유도해 플라스틱 분해를 높였다. 이번 연구는 플라스틱 폐기물 문제 해결을 위한 지속 가능한 방안 모색에 중요한 발걸음을 내디뎠다는 평가를 받고 있다. 하지만 산업적 응용을 위해서는 빛 기반 C-H 활성화 공정의 최적화 및 확장에 대한 추가 연구 개발이 필요하다. 빛 기반 C-H 활성화 공정은 플라스틱 외에도 폴리에틸렌, 계면활성제 등 다양한 고분자 유기화합물에도 적용될 수 있을 것으로 기대된다. 연구 결과는 최근 학술지 '네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)'에 게재됐다. 연구에는 텍사스대학교를 포함해 버클리 캘리포니아 대학교, 일본 도호쿠 대학교, 로렌스 버클리 국립 연구소, 베일리 대학교, 펜실베니아 주립대학교의 연구진이 참여했다.
- 포커스온
2024-07-17 10:13:00
[기후의 역습(12)] 이산화탄소 수치, 역대 최고치 기록…극한 기후 지속돼 가파르게 상승

이산화탄소가 그 어느 때보다 빠르게 대기에 축적되고 있다. 역대 최고 수준으로 가파른 상승세를 보이고 있다고 NOAA(미 국립해양대기청)와 캘리포니아 주립대 샌디에이고 캠퍼스 스크립스해양학연구소(Scripps Institution of Oceanography offsite link)의 연구진이 발표했다. NOAA에 따르면 NOAA의 글로벌모니터링연구소(Global Monitoring Laboratory)가 마우나 로아 대기 관측소(Mauna Loa Atmospheric Baseline Observatory)에서 측정한 이산화탄소 수준은 지난 5월 427ppm으로 급상승하며 동월 기준 최고치를 기록했다. 매년 5월은 이산화탄소가 북반구에서 가장 높은 수준에 도달하는 달이다. 이번 측정 수치는 2023년 5월에 비해 2.9ppm 증가한 것이며 NOAA의 50년 기록 중 5번째로 큰 폭의 증가이기도 하다. 2023년의 3.0ppm 증가와 맞물리면, NOAA가 측정을 시작한 이래 2022~2024년까지 2년 동안의 상승폭으로도 최고 기록이다. 불길한 신호를 보내는 이산화탄소 측정 마우나 로아에서 1958년부터 이산화탄소 관측을 시작해 독립적으로 데이터를 축적해 분석해 온 스크립스연구소는 지난 5월 월 평균 이산화탄소 농도를 426.7ppm으로 측정했다. 이는 1년 전인 2023년 5월 측정치 423.78ppm보다 2.92ppm 증가한 수치다. 스크립스연구소에서 이산화탄소 수준이 2년 연속 가파르게 뛰어오른 것은 2020년에 세운 종전 기록에 이은 두 번째다. NOAA와 스크립스 연구진은 1~4월까지 이산화탄소 농도가 다른 해의 동기간 보다 더 빠르게 증가했다고 밝혔다. 최근 몇 년간 기후 변화에 대응하기 위해 화석연료 사용을 억제했고 이에 따른 탄소 배출이 정체 상태에 있다는 보고가 있었지만 실제 대기에서 이산화탄소 농도는 더 짙어진 것이다. NOAA의 릭 스핀래드 박사는 "지난 1년 동안 우리는 기록상 가장 더운 한 해, 기록상 가장 뜨거운 해수 온도, 끝없는 폭염, 가뭄, 홍수, 산불 및 폭풍을 경험했다"라며 "이번에 대기 중 이산화탄소 수준이 그 어느 때보다 빠르게 증가하고 있음이 드러났다. 우리는 이것이 이산화탄소 오염이 기후 시스템에 끼치는 피해를 보여주는 분명한 신호임을 인식하고 가능한 한 신속히 화석연료 사용을 줄이기 위한 조치를 취해야 한다”고 강조했다. 스크립스연구소의 탄소 프로그램 책임자 랄프 킬링 박사는 “이산화탄소의 현재 농도는 수백만 년 만에 최고 수준일 뿐만 아니라 어느 때보다 빨리 증가하고 있다. 화석연료 연소로 인해 매년 최고치를 달성하고 있는 것이다. 화석연료 오염은 마치 매립지의 쓰레기처럼 계속 쌓이고 있다"고 경고했다. 거대한 열을 가두는 담요 다른 온실 가스와 마찬가지로 이산화탄소는 대기에서 담요와 같은 작용을 한다. 지구 표면에서 방출되는 열이 우주로 빠져나가는 것을 막는 것이다. 온난화된 대기는 폭염, 가뭄, 산불은 물론 폭우와 홍수 등 극심한 기상 현상을 촉발한다. 인간이 공기 중으로 방출하는 이산화탄소의 약 절반이 대기 중에 남아 있다. 나머지 절반은 지구 표면에 흡수되어 육지와 바다에 나뉘어 축적된다. 2022~2024년까지 관찰된 2년간의 기록적인 이산화탄소 수준 급증은 2년 째 이어지는 화석연료 연소에 따른 대량의 방출과 엘니뇨 현상의 결합에 따른 것이라는 해석이 많다. NOAA의 글로벌 탄소순환 연구원인 존 밀러 박사는 이를 두고 지구의 자정 능력과 한계를 벗어났다고 진단했다. 이산화탄소의 과다 노출로 인해 해양의 화학적 성질이 변하고 있으며, 이는 해양 산성화와 함께 용존 산소량 감소로 이어져 일부 해양 생물의 생존까지 위협하고 있다. 해양 생태계 전반이 위기에 처하고 있는 것이다.
- 포커스온
2024-06-10 10:05:00
[먹을까? 말까?(16)] 탄산수에서 '영원한 유해 화학물질' 검출

미국에서 탄산수(스파클링 워터)에서 '영원한 유해 화학물질(PFAS)'이 검출된 것이 최근 재조명되면서 국민들에게 충격을 주고 있다. PFAS는 과불화합물(페르-플루오로알킬 및 퍼플루오로알킬 물질)의 총칭으로, 매우 강력한 탄소(C)-불소(F)결합이 포함돼 있어 자연에서는 시간이 흘러도 분해되지 않는다. 환경에서 분해되지 않고 오랫동안 지속돼 '영원한 화학물질' 또는 '영구 화학물질'로 불린다. 미국 언론에서는 탄산수에서 영원한 화학물질이 검출된 것이 약 3년 만에 재조명돼 파문이 일고 있다고 아파트먼트 테라피가 더 키친을 인용해 지난 20일(현지시간) 보도했다. 이 연구는 2020년 실시된 것으로, 당시 컨슈머 리포트(Consumer Reports)는 47개의 생수 병(탄산수 12개 포함)을 대상으로 페르-플루오로알킬 물질(PFAS) 함량을 조사했다. 미국 소비자들은 탄산수 대한 연구 결과가 최근 집중적으로 재조명되면서 혼란스러워하고 있다고 이 매체는 전했다. 연구에 따르면 폴란드 스프링과 토포 치코 등 일부 탄산수에서는 PFAS가 1ppt(parts per trillion·1조분율)~10ppt 수준이 검출됐다. 영원한 화학물질(PFAS)이란? 실제로 PFAS는 우리가 만지거나 섭취하는 거의 모든 것에 존재한다. 미국 환경보호청(EPA)에 따르면 PFAS는 물, 토양, 대기, 식품 등에서 검출될 수 있다. PFAS를 미량 함유하는 물질에는 식수, 식품 포장재, 소방용품(화재진압용 거품), 석휴화학 산업, 가정용 세제, 방수 제품과 더러움을 덜 타게하는 방오가공된 복장, 화장품 등 위생용품(샴푸, 치실 포함), 코팅 조리기구, PFAS에 오염된 물이나 가축에 노출된 생선, 유제품 등이 있다. 심지어 숨쉬는 공기에도 PFAS가 포함될 수 있다. 물, 기름, 열에 강한 특성을 지니고 있는 PFAS는 쓰레기 매립지, 하수처리 시설 등을 통해 자연환경으로 유출된다. 그로 인해 탄산수뿐만 아니라 지하수(식수 포함)에서도 PFAS가 검출될 수 있다. PFAS에 대한 우려는 이러한 화학 물질이 장기적인 건강에 미칠 수 있는 영향과 관련이 있다. 일부 연구에서는 PFAS와 암 위험 증가, 소아 발달 장애, 생식 문제, 면역 체계 및 호르몬, 콜레스테롤 수치 변화 등의 연관성을 제시하고 있다. 이러한 이유로 미국 바이든-해리스 정부는 최근 건강 권고 식수 기준치를 4ppt 이하로 규제하는 정책을 발표했다. 최근 PFAS가 특정 암과 질병 위험을 높이는 것으로 밝혀진 뒤 미국 환경보호청(EPA)은 식수에서 PFAS를 규제하기 위한 권고 기준을 발표했다. EPA는 2022년 6월 특정 PFAS에 대한 권고 기준치를 설정했으며 그중 과불화옥탄산(PFOA)과 과불화부탄산(PFOS)의 권고 기준을 극히 낮은 수준으로 제시했다. 이 기준은 건강 보호를 위한 권고 수준이며 법적 규제 수준은 아니다. EPA가 제시한 PFOA(Perflurooctanoic acid) 권고 기준은 0.004ppt, PFOS(Perfluorooctane sulfonate) 권고 기준은 0.02ppt이다. EPA는 PFAS에 대한 국가 음용수 기준(NPDWR)을 설정하는 절차를 진행중이다. 이는 법적 규제 기준으로 모든 공공 수돗물 시스템이 준수해야 한다. 아울러 PFAS의 확산을 모니터링하고 건강에 미치는 영향을 연구하는 프로그램을 운영하고 있다. PFAS에 대한 우려 PFAS와 만성 질환 위험 증가, 면역 체계 및 호르몬 장애와의 연관성을 제시하는 연구가 있지만, 연구는 아직 진행 중이다. 특히 탄산수와 같은 저농도 노출 시 건강에 미치는 영향에 대한 명확한 결론을 내리기에는 자료가 부족하다. 이번 컨슈머 리포트 연구는 환경 작업 그룹(EWG)의 기준을 따르고 있다. EWG는 1ppt 이상의 PFAS 섭취를 위험하다고 판단한다. 반면 미국 농무부(USDA) 기준은 70ppt이며, 70ppt 이하에서는 "건강상 악영향이 발생하지 않을 것"으로 예상했다. 유럽연합(EU)은 PFAS 자용 전면 제한을 추진 중이다. EU는 2024년 이후부터 위해성 평가위(RAC) 및 사회경제성 분석위(SEAC)에서 최종 평가의견을 결정하고, 2025년 유럽연합집행위원회에서 안건을 채택할 계획이다. 이후 이르면 2026년부터 사용 제한 조치를 적용할 예정이다. 탄산수 종류와 섭취시 주의사항 탄산수는 이산화탄소가 용해된 물을 말한다. 자연적으로 광천수에서 발생하거나 인공적으로 물에 이산화탄소를 주입해 만들 수도 있다. 탄산수의 특징으로는 시원하고 상쾌한 맛을 들 수 있다. 이산화탄소가 입안을 자극해 시원하고 상쾌한 느낌을 준다. 또한 위장 점막을 자극해 소화액 분비를 촉진하고 소화를 돕는다. 그밖에 혈관을 확장시켜 혈액 순환을 개선하며, 식욕을 억제하는 효과가 있다. 탄산수의 종류에는 인공적으로 이산화탄소를 주입한 물로 플레인 탄산수, 인공 감미료를 사용해 설탕 함유량을 낮춘 다이어트 탄산수, 퀴닌이라는 쓴맛 성분을 함유한 탄산수로 토닉 워터가 있다. 미네랄이 풍부한 광천수 탄산수는 '셀처 워터(Seltzer water)'라고 부른다. 일부 탄산수는 나트륨 함량이 높을 수 있으므로 고혈압 환자는 나트륨 함량이 낮은 제품을 선택하는 것이 좋다. 또한 일부 탄산수에는 카페인이 함유되어 있으므로 카페인에 민감한 사람은 카페인이 함유되지 않은 제품을 선택하는 것이 좋다.
- 생활경제
2024-05-22 10:58:00
미세 플라스틱, 인간과 개 고환 조직에서도 발견⋯생식 기능 저하 우려

미세 플라스틱이 인간 태반과 생쥐의 뇌뿐만 아니라 인간과 개의 생식기에서도 발견됐다. 미국 뉴멕시코주 앨버커키에 있는 뉴멕시코대학(UNM) 연구팀은 인간과 개의 고환 조직에서 미세 플라스틱을 다량 검출했다고 밝혀 미세 플라스틱이 인간의 생식 건강에 미칠 수 있는 영향에 대한 우려가 커지고 있다. 앞서 수행된 연구에서 미세 플라스틱은 인간의 태반과 장기, 생쥐의 뇌에서도 검출됐다. 지난 4월 10일 '환경 건강 관점(Environmental Health Perspectives)'에 발표된 연구 중 하나는 건강한 쥐에게 폴리스티렌 마이크로스피어(polystyrene microspheres)를 4~8주 동안 먹이는 실험이었다. 이후 과학자들은 폴리스티렌 마이크로스피어를 섭취한 쥐의 경우 뇌, 간, 신장 등의 조직에서 미세 플라스틱 조각이 검출된 것을 확인했다. 또한 미세 플라스틱을 먹은 쥐에게서 담석증 형성이 가속화됐다는 연구 결과도 나왔다. 세계보건기구(WHO)에 따르면, 미세 플라스틱은 일반적으로 크기가 5mm 이하인 불용성 고체 고분자 입자를 말한다. 그보다 더 작은 1㎛(마이크로미터) 이하의 입자는 일반적으로 미세 플라스틱이 아닌 나노 플라스틱으로 불린다. UNM 간호대학 교수인 샤오중 '존' 유(Xiaozhong 'John' Yu) 박사가 이끄는 연구팀은 '독성 과학(Toxicological Sciences)' 저널에 발표한 새로운 논문에서 사람 23명과 개 47마리의 고환에서 12종의 미세 플라스틱을 발견했다고 보고했다. 유 박사는 "우리 연구에서는 모든 인간과 개의 고환에 미세플라스틱이 존재한다는 사실이 밝혀졌다"고 말했다. 연구팀은 새로운 분석 방법을 사용해 조직 검체에서 미세 플라스틱의 양을 정량화할 수 있었으며, 특정 플라스틱 종류와 개의 정자 수 감소 간의 상관관계를 밝혀냈다. 인체 생식계에 미치는 다양한 환경 요인을 연구하는 유 박사는 최근 들어 중금속, 농약, 내분비계 교란 물질 등이 전 세계적으로 사람들의 정자 수 및 질적 저하에 관련이 있다고 말했다. 유 박사는 인간 태반에서 미세 플라스틱 존재를 입증한 매튜 캠펜 박사(뉴멕시코 대학교 약대 교수)와의 대화를 통해 미세 플라스틱의 인체 검출에 다른 원인이 있을지도 모른다는 의문을 갖게 됐다고 한다. 이를 계기로 유 박사는 캠펜 박사의 연구실에서 태반 연구에 사용했던 것과 동일한 실험 방법을 사용해 연구를 설계했다. 연구팀은 뉴멕시코 검시관 사무소로부터 익명 처리된 인체 조직(7년 보관 후 폐기)을 입수했으며, 개 조직은 앨버커키시 동물 보호소와 중성화 수술을 시행하는 사설 동물 병원에서 제공했다. 연구팀은 시료를 화학적으로 처리해 지방과 단백질을 분해하고 각 시료를 초원심 분리기로 회전시켜 플라스틱 덩어리를 얻었다. 그런 다음 금속 컵에 담긴 플라스틱 펠릿을 섭씨 600도까지 가열했다. 연구팀은 질량 분석기를 사용해 특정 온도에서 다양한 종류의 플라스틱이 연소할 때 배출되는 가스를 분석했다. 개의 경우 고환 조직에서 미세 플라스틱의 평균 농도는 1g당 122.63μg(마이크로그램, 1g의 백만분의 1)였다. 인체 조직에서는 329.44μg/g으로 개보다 거의 3배 높았다. 이는 캠펜 박사가 태반 조직에서 발견한 미세 플라스틱 평균 농도보다도 훨씬 높았다. 유 박사는 "처음에는 미세 플라스틱이 생식 기관에 침투할 수 있을지 의문이 들었다"라면서도 "개에 대한 결과를 처음 받았을 때 저도 놀랐다. 인간에 대한 결과를 받았을 때는 더욱 놀랐다"고 말했다. 폴리에틸렌(PE) 최다 검출 연구팀에 따르면 인간과 개의 조직에서 가장 흔하게 발견되는 폴리머는 폴리에틸렌(PE)이었다. 이는 플라스틱 가방과 병 제조에 사용된다. 개에게는 산업, 도시 및 가정용 배관과 여러 다른 용도로 사용되는 PVC가 그 뒤를 이어 검출됐다. 유 박사는 연구팀은 화학적으로 보존된 인간 시료에서는 정자 수를 세어볼 수 없었지만, 개의 경우 시료의 정자 수를 셀 수 있었으며, 조직 내 PVC 농도가 높을수록 정자 수가 적다는 상관관계를 발견했다고 말했다. 하지만 PE 조직 농도와는 관련성이 없었다. 그는 "플라스틱 종류에 따라 잠재적인 기능과 상관관계가 있을 수 있다"며 "PVC는 정자 생성을 방해하는 많은 화학물질을 방출할 수 있으며, 내분비계 교란을 일으키는 화학물질을 포함하고 있다"고 말했다. 이 연구는 몇 가지 이유로 인간과 개의 조직을 비교했는데, 그 중 하나는 개가 사람과 함께 살고 환경을 공유하기 때문이다. 또한 개와 사람은 생물학적 특징도 일부 공유하고 있다. 유 박사는 "쥐나 다른 동물에 비해 개는 인간에 더 가깝다"고 말했다. 이어 "생리적으로 그들의 정자 생성은 인간에 더 가깝고 농도도 인간과 더 유사하다"면서 개의 정자 수도 감소하는 것으로 보인다고 전했다. 그는 "개와 인간이 정자 수 감소에 기여하는 공통적인 환경 요인을 공유하고 있는 것 같다"고 부연했다. 미세플라스틱은 플라스틱이 햇빛의 자외선에 노출되어 매립지에서 분해될 때 발생한다. 바람에 날리거나 인근 수로로 운반될 수 있으며, 일부 조각은 나노미터(10억 분의 1미터) 단위로 측정될 정도로 매우 작다. 매년 강과 바다호 흟러드는 플라스틱 폐기물은 800만톤에 달하는 것으로 알려졌다. 전 세계적으로 플라스틱 사용이 계속 증가함에 따라 플라스틱은 이제 환경에 어디에나 존재한다. 심지어 남극 대륙의 크릴 새우에도 미세 플라스틱이 발견됐다. 유 박사는 OMI 부검 시료에 포함된 남성의 평균 연령이 35세로, 플라스틱 유통량이 적었던 수십 년 전부터 플라스틱에 노출되기 시작했다는 점에 주목했다. 그는 "그 어느 때보다 많은 플라스틱이 환경에 존재하는 지금이 젊은 세대에게 더 큰 악 영향을 미칠까 우려스럽다"고 말했다. 그는 이번 연구 결과가 미세 플라스틱이 고환의 정자 생산에 어떤 영향을 미칠 수 있는지 이해하기 위한 추가 연구의 길을 제시한다고 말했다. 유 박사는 "아직 밝혀지지 않은 것이 많다. 우리는 잠재적인 장기적인 영향이 무엇인지 살펴볼 필요가 있다"면서 "미세 플라스틱이 정자 감소에 기여하는 요인 중 하나인 걸까요?"라고 반문했다. 유 박사는 "우리는 사람들을 겁주고 싶지 않다"며 이번 연구 결과에 대해 사람들이 당황하지 않기를 바란다고 밝혔다. 그는 "우리는 과학적으로 데이터를 제공하고 사람들에게 미세 플라스틱이 많다는 사실을 알리고 싶다. 우리는 플라스틱 노출을 피하고, 생활 방식을 바꾸고, 행동을 바꾸기 위해 스스로 선택할 수 있다"며 플라스틱의 폐해를 줄이자고 강조했다.
- 생활경제
2024-05-21 16:35:00
[신소재 신기술(42)] 플라스틱 폐기물 90% 분해하는 혁신 기술

과학자들은 우리 시대 가장 심각한 환경 문제 중 하나인 플라스틱 오염을 해결하기 위한 독창적인 방법을 제시했다. 미국 캘리포니아 대학교 연구팀이 플라스틱을 먹는 매우 강한 포자가 함유된 플라스틱이 매립지에서 스스로 분해되는 기술을 개발했다고 네이처닷컴과 BBC, 뉴아틀라스 등 다수 외신이 집중 조명했다. 이 연구에서는 고온 용융 압출을 사용해 폴리머 분해 박테리아의 포자를 열가소성 폴리우레탄에 통합하는 바이오 복합재 제작을 시연했다. 플라스틱의 한 종류인 폴리우레탄은 강도와 탄성이 뛰어나 휴대폰 케이스부터 운동화까지 모든 제품에 사용되지만 재활용이 까다로워 주로 매립된다. 플라스틱에 첨가되는 박테리아의 종류는 식품 첨가물 및 프로바이오틱스로 널리 사용되는 고초균(枯草菌)으로 영문으로는 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis)로 불린다. 고초균은 토양과 발효식품 등 다양한 환경에서 발견되는 세균이다. 또한 바실러스 서브틸리스 포자로 채워진 열가소성 폴리우레탄의 전반적인 인장 특성이 크게 개선되어 인성이 매우 향상됐다. 캘리포니아대학교 샌디에이고 라호야 캠퍼스의 김한솔 연구원은 "자연에서 플라스틱 오염을 완화할 수 있다는 희망이 있다"고 말했다. 공동 연구원 존 포코르스키는 "우리의 공정은 소재를 더욱 견고하게 만들어 플라스틱의 수명을 연장한다"고 말했다. 그는 "그리고 이 공정이 완료되면 폐기 방법에 관계없이 환경으로부터 플라스틱을 제거할 수 있다"고 설명했다. 포코르스키 연구원은 "이 플라스틱은 현재 실험실에서 연구 중이지만 제조업체의 도움을 받으면 몇 년 안에 실제 환경에 적용될 수 있을 것"이라고 덧붙였다. 플라스틱은 강하고 다양한 용도로 사용되는 소재지만, 이러한 장점은 폐기 처리를 어렵게 만드는 요인이기도 하다. 플라스틱은 분해되는 데 수십 년 또는 수백 년이 걸리기 때문에 엄청난 양의 플라스틱 쓰레기가 매립지와 바다를 오염시키고 있는 실정이다. 연구팀은 플라스틱에 플라스틱 분해 박테리아 포자를 넣어 매립지에 폐기될 때 활성화되도록 만들었다. 이를 통해 5개월 만에 플라스틱 물질의 90%가 생분해되는 것이 확인됐다. 게다가 '플라스틱 분해 박테리아 포자'를 넣은 플라스틱은 실제로 사용하는 동안 일반 플라스틱보다 더욱 견고하고 강했다. 최근 몇 년 동안 과학자들은 플라스틱을 분해하는 능력을 갖춘 박테리아를 발견하고, 이 과정을 담당하는 효소를 분리하여 효율성을 높였다. 이를 통해 효소와 박테리아로 플라스틱을 처리하는 더 효율적인 재활용 시설이 구축될 수 있다. 하지만 재활용 시설로 옮겨지지 않는 플라스틱은 어떻게 될까. 앞서 지적했듯이 열가소성 폴리우레탄(TPU)은 신발, 스포츠 용품, 휴대폰 케이스, 자동차 부품 등을 만드는데 일반적으로 사용되는 견고한 플라스틱 유형이지만 현재 재활용이 불가능하다. 연구팀은 TPU 폐기 처리를 위해 플라스틱 분해 박테리아 바실러스 서브틸리스의 포자를 플라스틱 자체에 직접 넣는 새로운 방법을 연구했다. 또한 연구팀은 포자를 넣은 플라스틱 제품이 너무 일찍 분해되지 않고, 정상적인 기간 동안 사용한 뒤 매립지나 자연 환경에서 폐기될 때만 생분해가 시작되도록 설계했다. 내열성 미생물로 온도 한계 극복 먼저 극복해야 할 문제는 플라스틱 제조에 사용되는 높은 온도였다. 플라스틱 가공시 사용되는 고온으로 인해 대부분의 박테리아 포자가 죽는다. 연구팀은 이를 극복하기 위해 내열성 미생물을 유전공학적으로 제작했으며, 플라스틱 가공 온도인 135°C(275°F)에서 변형된 박테리아의 96~100%가 생존하는 것을 확인했다. 변형되지 않은 박테리아의 경우 생존율은 겨우 20%에 불과했다. 다음으로 연구팀은 박테리아가 플라스틱을 얼마나 잘 분해하는지 테스트했다. 이 과정은 토양의 영양분과 수분에 의해 시작된다. 플라스틱 무게의 최대 1% 농도에서 박테리아는 퇴비에 묻힌 후 5개월 이내에 플라스틱 물질의 90% 이상을 분해했다. 이 새로운 플라스틱은 사용 중 강도가 약화될 것으로 추정했지만, 실제로는 그 반대 효과가 나타났다. 포자를 넣어 만든 플라스틱은 일반 폴리우레탄(TPU)보다 최대 37% 더 강하고 인장 강도가 최대 30% 더 높은 것으로 나타났다. 연구팀은 포자가 강화 충전재 역할을 하는 것으로 추정했다. 연구팀은 이 기술은 확장 가능성이 높으며, 사용 중 더욱 견고하고 강하면서 재활용이 불가능한 TPU를 폐기 처리하는 새로운 방법을 열 수 있다고 말했다. 이를 다른 몇 가지 방법과 함께 사용한다면 플라스틱 오염 문제 해결에 진전을 이룰 수 있을 것으로 보인다. 플라스틱의 약 80%가 재활용되지 않고 매립지나 자연 환경에 축적되고 있는 실정다. 또한 폴리우레탄(PU)은 세계에서 6번째로 많이 생산되는 플라스틱이지만 재활용을 위한 거버넌스는 없다. PU 폐기물은 수지 식별 코드의 카테고리 7(PETE, HDPE, PVC, LDPE, PP, PS 이외의 기타 플라스틱)에 따라 잠재적으로 수거될 수 있지만, 미국에서는 일반적으로 이 카테고리의 플라스틱 중 0.3%만이 재활용되고 있다. 플라스틱 분해 과정에 박테리아 포자를 결합시킨 것은 산업 공정에서 재생 가능한 폴리머 충전재로서 살아있는 세포를 도입할 수 있는 흥미로운 기회를 제공했다는 평가를 받고 있다. 연구진은 잠재적으로 확장 가능한 이 기술이 재활용할 수 없는 TPU를 폐기하는 새로운 방법을 제시하는 동시에 사용 중에 더 튼튼하고 강하게 만들 수 있다고 말했다. 이 기술을 다른 몇 가지 방법과 결합하면 플라스틱 오염 문제를 해결하는 데 어느 정도 진전을 이룰 수 있을 것으로 기대된다. 이 연구는 '네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)' 저널에 발표됐다.
- 포커스온
2024-05-03 14:11:00
지하수 30% 오염, 분해되지 않는 독성 화학물질 기준치 이상 발견

과불화화합물(PFAS)이라고 불리는 독성 화학 물질이 국제 규제기관이 허용하는 기준치보다 훨씬 높은 수준으로 전 세계 지표수와 지하수에서 발견되고 있다는 새로운 연구 결과가 나와 주목된다고 CNN이 보도했다. PFAS는 자연 상태에서는 영원히 분해되지 않는 화합물로 Perfluoroalkyl and polyfluoroalkyl substances(퍼플루오로알킬 및 폴리플루오로알킬 물질)의 약자다. 지난 1946년 듀폰이 테플론이라는 이름으로 처음 발표했으며 자연에서 분해되지 않고 결국 인체에 흡수되기 때문에 심각성을 더한다. PFAS는 자연 환경에서 완전히 분해되지 못하기 때문에 '영원한 화학물질'이라고 불린다. 연구에 따르면 오염원이 알려지지 않은 지역에서도 지하수 시료의 31%가 미국 환경보호청이 2023년 3월에 제시한 기준치를 초과했고, 거의 70%가 캐나다 보건부가 정한 기준치를 초과했다. 지하수 시료 31% 기준치 초과 조만간 최종 확정될 것으로 예상되는 미 환경보호국(EPA) 안은 과불화옥탄술폰산(PFOS)과 과불화옥탄산(PFOA) 등 2개의 대표적인 PFAS에 대한 구체적인 한도를 1조분의 4로 설정하는 한편, 이를 대체하기 위해 업계에서 개발한 4가지 화학물질의 혼합물에 대한 새로운 제한도 설정했다. EPA에 따르면 PFOA와 PFOS와 같이 가장 많이 연구된 PFAS 중 일부는 암, 비만, 갑상선 질환, 높은 콜레스테롤, 생식력 감소, 간 손상 및 호르몬 파괴와 같은 심각한 건강 문제를 일으킨다. 미국 국립과학기술원이 2022년 7월 발표한 보고서에 따르면 PFAS에 노출되면 성인과 어린이 모두에서 영유아 및 태아 성장 감소와 백신에 대한 항체 반응 감소가 발생했다. 보고서에 따르면 임산부, 어린이 및 노인과 같은 취약계층에게 일부 새로운 PFAS에서 동일한 건강 영향이 발견되었다. PFAS 및 기타 화학 물질에 대한 노출을 감시하는 소비자 단체 '환경작업그룹'의 과학자인 데이비드 앤드루스는 "이번 보고서는 화학 정책이 실패했다는 점을 강조하고 있으며, PFAS가 전 세계 모든 곳의 물을 오염시킬 정도로 광범위하게 노출되고 있음을 입증하고 있다는 점에서 의미가 크다"고 말했다 . 북극이나 에베레스트에서도 발견 앤드류스는 "이 독성 화학물질은 북극, 에베레스트 산 비탈과 같은 외딴 지역은 물론, 펭귄, 북극곰, 고래, 바다표범 등 다양한 생물종에서 발견됐다"며 "이 화학물질은 제조업체에 의해 방출되고 토양, 공기, 물 등으로 다양하게 흡수되고 퍼지기 때문에 지구촌 어디에나 있을 수밖에 없다”고 강조했다. 지금까지 이루어진 대부분의 PFAS 샘플링이 선진국과 연구원이 밀집된 지역에서 이루어졌기 때문에, 분석 지역을 넓힌다면 훨씬 많은 노출이 드러날 것“이라고 덧붙였다. 미국 국립과학원, 공학원, 의학원의 다른 보고서에 따르면, 미국인의 98%의 혈액에서 다양한 PFAS 화학물질이 검출되었고, 이 물질은 신체의 다른 기관에 수년간 보관될 수도 있다. 그러나 인체 흡수원 중에서 식수는 노출의 약 20%에 불과할 수 있으며, 가장 심각한 원인은 음식, 먼지 및 기타 요인에서 발생한다. 이는 PFAS가 음식 포장지를 비롯한 식품 포장을 포함, 수천 개의 소비자 제품에서 수십 년 동안 사용되었기 때문이다. PFAS는 카펫, 의류 및 가구 등이 얼룩, 물 및 기름에 손상되지 않도록 강화하는 데도 쓰인다. 또는 끈적이지 않는 조리기구, 휴대폰, 상업용 항공기 및 배기가스가 소형 차량 등도 용도에 포함된다. 각계의 우려와 과학자 및 시민단체의 노력으로 2008년 제조업체들은 PFOA와 PFOS의 사용을 단계적으로 중단하겠다고 약속했다. 그러나 독성물질 및 질병 등록기관은 웹사이트에서 "PFOS와 PFOA가 폐지되고 다른 물질로 교체돼도 다른 PFAS에 노출될 수 있다"고 경고한다. 또한 EPA가 2023년 6월 발표한 건강 경보에 따르면 특정 PFAS 화학 물질은 과학자들이 원래 생각했던 것보다 수천 배 낮은 수준으로도 훨씬 더 인간의 건강에 치명적이라는 사실이 드러났다. '네이처 지오사이언스' 저널에 발표된 이 연구는 2004년 이후 전 세계에서 수집된 4만 5000개 이상의 물 샘플에서 사용 가능한 데이터를 수집하고 분석한 결과다. 연구팀을 이끈 시드니 뉴사우스웨일스대 데니스 오코넬 교수는 "생명을 구하는 화재 진압에 쓰이는 엄청난 양의 거품(폼), 매립지, PFAS를 사용하는 제조업, 폐수처리장(하수처리장) 등이 모두 PFAS의 원천”이라고 지적한다. 역삼투압 필터, PFAS 여과에 효과 PFAS는 종류만도 1만 4000개 이상에 달한다. 그러나 검사받는 것은 그 중 극히 일부에 불과하다. 이는 오염의 정도와 그에 따른 인간의 건강에 대한 해악이 현재 알려진 것보다 훨씬 더 광범위할 수 있다는 또 다른 시사점이다. 더 많은 PFAS 검사가 이루어져야 한다는 주장이 제기되는 이유이기도 하다. 주요 도시의 처리장에서는 대부분 PFAS를 여과하고 있다. 새로운 EPA 가이드라인으로 인해 앞으로 3년 이내에 더 많은 처리장이 PFAS를 여과해야 한다. 그러나 미국 지질조사국에 따르면 미국 인구의 약 15%, 즉 4300만 명 이상의 인구가 우물물을 사용하고 있으며, 이는 연방정부의 규제를 받지 않는다. 소비자들은 수도꼭지에 사용할 물 필터를 시중에서 구입해 오염 노출을 피할 수 있다. 정부는 권장 필터 목록도 게시하고 있다. 그 중 PFAS에 가장 효과적인 물 필터는 역삼투압 필터다. 이 필터는 약 200달러로 가격이 비싼 편이다. 역삼투압 필터는 다양한 필터를 통해 물을 강제로 통과시킴으로써 용해된 고체를 포함해 다양한 오염 물질을 제거할 수 있다. 입상 활성탄 필터는 더 일반적이고 비용이 적게 들지만 PFAS에 효과적이지는 않다는 평가다.
- IT/바이오
2024-04-11 15:45:00
매립지 메탄가스, 지구 온난화의 원인

매립지에 쌓이는 쓰레기는 단지 눈에 거슬리는 존재를 넘어선다. 지구를 온난화시키는 엄청난 양의 메탄가스를 배출하는 기후의 악몽이기도 하다. 미국 전역 수백 곳의 매립지에서 메탄 오염을 측정한 새로운 연구에 따르면, 문제가 이전에 생각했던 것보다 훨씬 더 심각하다고 사이언스 온라인판이 전했다. 이 소식은 CNN 등 주요 매체에도 비중 있게 보도됐다. 과학자들은 2018~2022년까지 18개 주에 걸쳐 200개 이상의 매립지를 항공 조사했다. 이는 미국 매립지에 대한 측정 조사 중 최대 규모이다. 사이언스 저널에 발표된 연구에 따르면, 조사 결과 평균 메탄 배출량이 공식적으로 보고된 것보다 훨씬 높은 것으로 나타났다. 눈에 보이지 않고 냄새가 없는 가스인 메탄은 이산화탄소에 비해 대기중에 머무는 시간이 짧지만 80배 이상의 온난화 효과를 지니며, 다양한 부문에서 생산된다. 그 중 가장 큰 부문은 석유, 가스, 농업이다. 매립지는 잘 알려지지 않은 메탄 발생원인이지만, 전 세계 메탄 배출량의 약 20%를 차지해 큰 영향을 미친다. 매립지는 음식물 쓰레기, 종이, 목재 등의 유기 폐기물을 산소 없이 분해하면서 메탄을 생성하는 박테리아가 살기에 완벽한 환경을 조성한다. 미국의 대부분의 매립지는 연방 정부에서 휴대용 센서를 사용한 보행 조사를 통해 1년에 4회 메탄 배출량을 측정하도록 규정하고 있다. 연구에 따르면 보행자들은 가파른 경사면이나 쓰레기가 자주 버려지는 곳 등 안전하지 않은 지역을 피하는 경향이 있기 때문에 조사의 정확성을 기하기 어렵고 결과도 다르다. 연구를 담당한 비영리 기관 카본매퍼(Carbon Mapper)의 과학자인 다니엘 커스워스(Daniel Cusworth)는 "보행에 의한 측정은 정확하지 않고 단지 메탄 발생의 핫스팟을 감지하는 것일 뿐”이라고 지적한다. 따라서 매립지 메탄 배출량 추정은 직접 측정보다는 모델을 기반으로 하는 경향이 있으며 이는 데이터에 격차가 있음을 의미한다. 보고서는 항공기, 드론, 위성 등의 원격 감지를 사용하는 고급 모니터링 시스템이 보다 정확하고 포괄적인 상황을 제공할 수 있다고 주장한다. 과학자들은 공중 영상 분광계를 사용하여 측정한 매립지의 52%에서 대량의 메탄 방생을 발견했다. 보고서는 이는 석유 및 가스 부문에 대해 수행된 항공 연구의 메탄 검출 비율을 훨씬 초과한다고 지적한다. 분석 결과는 환경보호국의 온실가스 보고 프로그램(GHGRP)과 같은 현재의 보고 시스템에 메탄 발생원이 대거 누락되어 있음을 보여준다고 연구팀은 지적했다. 보고서는 매립지의 평균 메탄 배출량은 GHGRP에 보고된 것보다 1.4배 더 높았다고 밝혔다. 또한 매립지 메탄 배출이 일반적으로 석유 및 가스 생산으로 인한 배출보다 훨씬 지속적이며 60%가 수개월, 심지어 수년 동안 지속된다는 사실도 발견했다. 스탠포드대학의 환경과학 교수 롭 잭슨(Rob Jackson)은 CNN과의 인터뷰에서 매립지가 ‘슈퍼 메탄 방출자’라며 "항공 데이터는 우리가 수십 년 동안 지적해 왔던 사실을 입증한다"고 말했다. 매립 문제가 조만간 사라질 것 같지는 않다. 커스워스는 “화석연료에 의존하지 않는 미래에도 인간이 버리는 폐기물은 계속 발생할 가능성이 높다. 더 깨끗한 연료로 전환하더라도 우리는 여전히 폐기물 관리 문제를 다룰 것”이라고 말했다. 과학자들은 메탄의 급격한 감소가 기후 변화를 늦추는 가장 효과적인 방법 중 하나라고 말한다. 그러나 미국의 대부분의 메탄 정책은 석유 및 가스 산업을 대상으로 한다. 커스워스는 "기후 목표를 달성하려면 석유와 가스만으로는 메탄 배출량을 줄일 수 없으며, 매립지는 석유나 가스와 마찬가지로 주목을 받아야 한다"라고 주장했다.
- IT/바이오
2024-04-01 13:06:00
'바이오플라스틱' 환경 문제의 해답인가, 새로운 문제의 시작인가?

생분해성 혹은 식물 기반의 바이오 플라스틱은 급성장하고 있지만 여전히 기후 및 화학 물질에 대한 우려가 제기됐다. 환경건강뉴스(EHN)은 지난 11일(현지시간) 바이오 플라스틱은 미국 멕시칸 푸드 프랜차이즈 치폴레의 퇴비화 가능한 부리또 그릇부터 코카콜라의 식물성 병, 슈퍼마켓의 불투명한 농산물 봉투에 이르기까지, 식품 산업 전반에 걸쳐 확산되고 있다며 이같이 보도했다. 바이오 플라스틱은 그 외에도 자동차 쿠션, 전자제품, 의류, 건축 자재 등에도 사용되고 있다. EHN에서 소개한 바이오 플라스틱의 정의와 장점과 단점을 다음과 같이 정리했다. 전 세계 바이오 플라스틱 산업은 2023년 87억 달러(약 11조 4031억원)에서 2030년 310억 달러(약 40조 6317억 원)로 급성장세를 보이고 있다. 이는 전통적인 플라스틱 산업보다 빠른 성장률이다. 바이오 플라스틱은 전체 플라스틱 시장의 1%에 불과하지만, 일각에서는 바이오 플라스틱이 플라스틱의 지속 가능한 미래라고 선전하고 있다. 오는 4월, 플라스틱 오염 문제에 대한 해결책을 모색하기 위해 개최되는 국제 조약 회담을 앞두고 있는 대표단 중 일부는 바이오 플라스틱을 조약의 대안 및 대체품으로 포함시키려는 움직임을 보이고 있다. 유럽 바이오플라스틱 협회는 웹사이트에서 "바이오플라스틱이 플라스틱의 진화를 주도하고 있다"고 주장하며 바이오플라스틱의 장점으로 기존 플라스틱에 비해 '탄소 중립성'과 특정 조건에서의 생분해성을 꼽았다. 그러나 바이오 플라스틱이 분해 속도가 빠르고, 더 안전한 소재일 뿐만 아니라 탄소 발자국이 적다는 주장은 과장된 면이 있다. 전문가들은 바이오 플라스틱이 다양한 해결책 중 하나가 될 잠재력을 가지고 있음을 인정하면서도, 제품의 수명 종료 시 관리 및 화학적 안전성을 설계에 포함시키고, 기업의 그린워싱을 방지할 수 있는 더 강력한 표준과 규제의 필요성을 강조했다. 그린워싱(Greenwashing)은 기업이나 조직이 자신들의 제품, 서비스, 정책이 환경에 미치는 영향이 실제보다 훨씬 친환경적이거나 지속 가능하다는 인상을 주기 위해 마케팅 전략이나 홍보 활동을 하는 행위를 말한다. 이러한 행위는 대중에게 오해를 불러일으키거나 잘못된 정보를 제공하여, 실제로는 환경에 해를 끼칠 수 있는 제품이나 서비스를 친환경적인 것처럼 포장하는 것을 포함할 수 있다. 바이오 플라스틱 폐기물 규제 없어 노르웨이 과학기술연구소의 마틴 와그너 생물학 부교수는 바이오 기반 플라스틱을 안전한 방법으로 제조할 수 있다면, 물론 이는 매우 큰 전제이지만, 우려되는 화학 물질을 배제하고, 나노 및 미세 플라스틱의 생성을 최소화하는 방식으로 생산될 경우, 바이오 기반 플라스틱이 해결책의 한 부분이 될 수 있다고 말했다. 와그너의 연구에 따르면, 환경에 우호적인 것으로 여겨지는 퇴비화 가능한 그릇과 식물 기반 음료수 병이 전통적 플라스틱 제품에서 발견되는 것과 같은 수준의 건강에 해로운 화학 물질을 방출할 수 있다는 사실이 밝혀졌다. 또한, 생분해성 바이오 플라스틱이 플라스틱 쓰레기 문제를 근본적으로 해결하지 못한다는 지적도 있다. 바이오 플라스틱은 사용 후 적절한 관리가 필요함에도 불구하고, 바이오 플라스틱 폐기물을 산업적으로 퇴비화하거나 안전하게 관리할 수 있는 인프라나 규정이 아직 충분히 마련되지 않았다. 그로 인해 과학자들과 플라스틱을 지지하는 이들은 플라스틱 사용을 줄이는 것이 플라스틱 위기에 대응하는 가장 핵심적인 해법이라고 강조했다. 특히, 일회용 바이오플라스틱의 사용이 문제를 야기한다고 우려를 표명했다. 플라스틱 재사용을 지지하는 단체인 업스트림(Upstream)의 전무이사 크리스탈 드리스바흐 전무이사는 "지구에서 자원을 수십억 번 채취하고 제조해 단 한 번 사용한 뒤 버리는 행위 자체가 문제의 본질이다"라고 말함으로써, 지속 가능성에 대한 근본적인 접근 필요성을 강조했다. 바이오 플라스틱의 오해 바이오 플라스틱은 생분해성 또는 바이오 기반과 같은 용어가 명확하지 않아 많은 오해를 불러일으킨다는 지적이 있다. 해양 생물학 교수이자 플리머스 대학교 해양 연구소의 리처드 톰슨 소장은 "냉소적인 시각으로 보면 바이오플라스틱은 혼란을 일으키기 위해 의도적으로 만들어진 용어라고 생각한다"고 꼬집었다. 많은 사람들이 모든 바이오 플라스틱이 환경에서 생분해되거나 분해된다고 잘못 알고 있다는 지적이다. 또한 많은 사람들이 바이오 플라스틱이 식물 기반이라고 생각하지만, 폴리부틸렌 아디페이트 테레프탈레이트(PBAT)와 같이 화석 연료로만 만들어진 제품도 있다. 업계에서는 PBAT와 같은 물질을 바이오 플라스틱이라고 부르는데, 이는 화학 결합의 유형과 환경 조건에 따라 식물 기반 바이오 플라스틱과 마찬가지로 분해되도록 설계됐기 때문이다. 또한 업계에서는 바이오 플라스틱을 주로 생분해성 플라스틱과 비생분해성 플라스틱으로 나누며, 이들 각각의 범주 안에서 식물 기반 플라스틱과 화석 연료 기반 플라스틱을 동일한 그룹으로 분류하는 경향이 있다. 전 세계적으로 생산되는 플라스틱은 대체로 이 두 범주로 구분된다. 퇴비화 가능한 바이오 플라스틱은 업계 표준에 따라 산업 퇴비화 시설에서 12주 이내에 완전히 분해될 수 있는 생분해성 바이오플라스틱의 특정 부류에 속한다. 다른 한편으로, 비생분해성 바이오 플라스틱에는 사탕수수, 사탕무, 당밀, 또는 옥수수 등에서 추출된 바이오 기반의 폴리에틸렌(바이오-PE), 바이오 기반 폴리에틸렌 테레프탈레이트(바이오-PET), 폴리아미드(나일론) 등이 포함된다. 이 바이오 플라스틱들은 사탕수수 등 천연 자원에서 추출되었음에도 불구하고, 기존의 화석 연료 기반 플라스틱과 유사한 기능성을 제공하도록 설계됐다. 가장 흔히 사용되는 생분해성 바이오플라스틱 중 하나는 폴리락트산(PLA)으로, 옥수수와 같은 전분 기반의 폴리에스테르로 제조된다. 또한, 셀룰로오스 기반의 바이오 플라스틱 섬유도 이 범주에 포함되며, 농업 부산물, 해조류, 효모, 박테리아에서 추출한 폴리하이드록시알카노에이트(PHA)와 폴리부틸렌숙신산염(PBS)으로 제작된 바이오플라스틱도 동일한 범주 안에 속한다. '3세대' 바이오플라스틱은 농업 폐기물, 음식물 쓰레기, 다시마, 스위치그래스, 폐유, 박테리아, 목재 폐기물 등 다양한 원료를 활용하여 제작되며, 식량 작물을 사용하지 않기 때문에 보다 지속 가능한 대안으로 간주된다. 이러한 3세대 바이오플라스틱 제품들은 이미 시장에 출시되어 있지만, PLA나 바이오 폴리아미드를 사용한 제품들의 규모에는 아직 미치지 못하고 있다. 바이오 플라스틱 사용 용도는? 플라스틱 산업 협회의 지속 가능성 담당 매니저 헤더 노츠는 일회용 바이오 플라스틱 음료 용기, 퇴비화 가능한 식품 서비스 용기, 소매 포장, 그리고 기타 식품 산업 관련 제품이 바이오 플라스틱 사용의 약 43%를 차지한다고 말했다. 그중에서도 PLA와 바이오 PET의 사용이 가장 많다. 노츠에 따르면, 생분해성 멀치 필름 및 기타 농업용 제품이 주로 PLA와 PHA로 제조되어 전체 바이오 플라스틱 사용량의 약 21%를 차지한다. 또한, 안경, 섬유, 컵, 아이폰 케이스, 커피 포드 등의 소비재들은 전체 사용량의 13%를 차지하며, 이들 제품은 생분해성 및 비생분해성 다양한 바이오 플라스틱으로 제작된다. 자동차 산업도 바이오 플라스틱의 또 다른 중요한 소비자 군이다. 자동차 쿠션, 대시보드, 범퍼, 배터리 커버 및 기타 부품들이 점점 더 바이오 기반의 폴리아미드 및 바이오 PP로 제작되고 있다. 바이오 플라스틱의 사용은 또한 건축 및 건설, 전자, 코팅 산업에서도 확장되고 있지만, 상대적으로 더 적은 비율을 차지한다. 대규모 바이오 플라스틱 제조업체들은 대부분 화석 연료 기반 플라스틱을 생산하는 대형 석유화학 회사의 내부 사업부이거나, 이러한 대기업에서 독립한 분사 회사들이다. 그럼에도 불구하고, 어떤 회사가 시장에서 선도적인 위치를 차지하고 있는지에 대해서는 재무 분석가들 사이에 의견이 분분하다. 예를 들어, 인사이더 몽키는 바이오 플라스틱 부문이 전체 시가총액에서 차지하는 비중이 비록 작지만, 전체 시가총액 기준으로 BASF SE, 다우, 라이온델바젤 인더스트리, LG화학, 셀라니즈를 상위 5대 제조업체로 지목했다. 반면, 다른 분석가들은 석유화학 기업에 인수되었거나, 석유화학 기업과의 합작 투자를 통해 성장한 기업들을 시장의 선두 주자로 보는 경향이 있다. 이러한 기업으로는 네덜란드 암스테르담에 본사를 둔 다국적 식품 및 바이오케미컬 기업 코비온(Corbion), 영국 옥스퍼드에 본사를 둔 바이오플라스틱 생산 및 개발회사 바이옴 바이오플라스틱(Biome Bioplastics), 텐마크 코펜하겐의 플랜틱(Plantic), 미국 미시건 주의 네이처웍스(NatureWorks), 태국 방콕에 본사를 둔 바이오플라스틱 및 바이오케미컬 회사 PTT MCC바이오케미(PTT MCC Biochem) 등이 포함된다. 환경과 건강에 미치는 영향 바이오플라스틱은 전통적인 플라스틱과 유사한 제조 공정을 거쳐 생산된다. 이 폴리머는 최소한 부분적으로 식물 재료에서 추출한 화학 물질을 기반으로 하며, 때로는 화석 연료에서 완전히 추출한 화학 물질로 구성된다. 제품의 유연성, 내구성, 색상 및 기타 특성을 조정하기 위해 다양한 화학적 충전재, 첨가제 및 염료가 첨가된다. 세계자연기금(WWF)의 플라스틱 폐기물 및 사업 책임자인 에린 사이먼 부사장은 바이오 플라스틱이 여전히 독성 화학 물질을 포함할 수 있다고 말했다. 사이먼은 “PET를 제조할 때, 오래된 탄소 또는 새로운 탄소를 사용하더라도, 궁극적으로 같은 제품을 만들기 때문에 많은 가공 화학 물질이 여전히 필요하다”며, 바이오 플라스틱 생산 과정에서도 화학 물질의 사용이 불가피함을 지적했다. 와그너의 2020년 연구에 따르면 PLA, PBAT, PHA, PBS, 바이오 PE 및 바이오 PET로 만든 43개의 일상적인 바이오 플라스틱 제품이 기존 제품과 마찬가지로 독성이 있는 것으로 나타났다. 이 중 3분의 2가 환경 내 다양한 생명체에 유해할 가능성이 있는 것으로 나타났으며, 42%는 DNA 손상을 유발할 수 있는 자유 라디칼을 생성하는 화학물질의 존재로 인해 산화 스트레스를 일으키는 것으로 조사됐다. 또한, 4분의 1의 샘플에서는 호르몬 교란 특성이 관찰됐다. 분석된 개별 바이오 플라스틱 샘플에는 평균적으로 1000개에서 최대 2만965개에 이르는 다양한 화학적 특성이 포함되어 있었다. 연구를 주도한 와그너는 "이런 종류의 연구를 진행하면서 가장 충격적인 발견은 개별적인 플라스틱 제품에 엄청나게 많은 화학 물질이 존재한다는 사실이었다"고 말했다. 이 연구 과정에서 발견된 다수의 화학 물질들 중 상당수는 특정되지 않았지만, 와그너는 프탈레이트 같은 '자주 지목되는 화학물질들'은 검출되지 않았다고 말했다. 그는 "바이오플라스틱을 기능적으로 제조하는 데 쓰이는 화학물질들에 대한 우리의 이해가 상당히 제한적임을 발견했다. 폴리머의 화학 구조가 다르기 때문에, 사용되는 첨가제 역시 다를 가능성이 있다"고 밝혔다. 바이오 플라스틱과 기후 변화 바이오플라스틱을 옹호하는 주요 주장 중 하나는 이들이 이론상으로 재생 가능한 자원에서 탄소를 추출할 때 순 이산화탄소 배출량이 증가하지 않으므로, 전체 수명주기 동안 전통적 플라스틱에 비해 훨씬 적은 온실가스를 배출한다는 것이다. 예컨대, 유럽 바이오플라스틱 협회는 전 세계적으로 화석 연료 기반의 폴리에틸렌 수요를 바이오 PE로 대체할 경우, 연간 약 8000만 톤의 이산화탄소 배출을 절감하여 마치 매년 2000만 번의 항공 여행을 줄인 것과 동등한 효과를 가져올 수 있다고 주장한다. 2017년 진행된 연구에서는 미국 내 기존 플라스틱을 옥수수 기반의 PLA로 대체할 경우, 미국 플라스틱 산업에서 발생하는 온실가스 배출량을 25% 감소시킬 수 있을 것으로 추정했다. 이 연구는 또한 화학 산업이 재생 가능 에너지 및 스위치그래스와 같은 더 지속 가능한 원료로 전환함으로써 더 큰 탄소 배출 감소 효과를 달성할 수 있다고 제시했다. 앞서 설명했듯이 바이오 플라스틱 샘플에는 평균적으로 1,000개에서 최대 2만965개에 이르는 다양한 화학적 특성이 포함되어 있음이 밝혀졌다. 드레이스바흐는 세라믹, 스테인리스 스틸, 유리로 만든 재사용 가능한 용기는 수명 기간 동안 일회용 바이오 플라스틱보다 이산화탄소 배출량이 3~10배 적다고 말했다. 하지만 바이오플라스틱이 가져올 수 있는 이산화탄소 절감의 잠재적 이점은, 비료와 살충제의 사용 증가, 그리고 옥수수나 사탕수수 같은 원료의 생산을 위한 토지 개간과 산림 태우기로 인해 일부 상쇄될 수 있다. 또한, 생분해성 플라스틱이 매립지에 매립될 경우, 분해 과정에서 메탄 같은 강력한 온실가스가 배출되어 환경에 또 다른 부담을 줄 수 있다. 바이오 플라스틱 폐기물 규정은? 생분해성 바이오플라스틱의 폐기물 관리는 생분해성을 정의하는 명확한 규정이 부재하기 때문에 복잡한 과제로 남아있다. 업계 자발적 기준에 따르면, 생분해성 제품은 대부분 6개월 이내에 자연적으로 분해되어야 하지만, 생분해성이라고 표시된 일부 제품은 완전히 분해되기까지 수년이 걸릴 수 있다. 예를 들어, 한 연구에 따르면 토양에 묻힌 생분해성 비닐봉지가 3년 후에도 여전히 분해되지 않은 채 발견됐다. 이러한 물질이 퇴비 시설에 매립되면 오염 물질이 되어 걸러내야 한다. 톰슨에 따르면, 재활용 시설에서도 이런 종류의 폐기물은 전체 재활용 플라스틱의 품질을 저하시킬 수 있어 기피 대상이다. 게다가 많은 지역에서는 산업 퇴비화 시설이나 도로변 수거 시설이 부족해, 퇴비화 가능한 포장재와 운반 용기가 결국 매립지나 소각장으로 향하는 경우가 많다. 퇴비화되지 않는 플라스틱이 퇴비화 가능한 플라스틱으로 잘못 인식되는 경우가 빈번하여, 라벨링이 명확하지 않을 때 혼란이 가중된다. 미국 퇴비화 위원회의 린다 노리스-월트 부국장은 이러한 문제를 “그린워싱, 모조품, 짝퉁”이라고 지칭했다. 다수의 퇴비화 업체들이 이러한 재료로 인해 퇴비화 가능한 식품 포장을 기피하며, 이는 업체의 수익성에 부정적인 영향을 미친다. 노리스-월트는 이 문제를 두 가지 주요 요인으로 설명했다. 첫 번째는 처리 과정에서 발생하는 노동력 문제이며, 두 번째는 최종 퇴비 제품의 품질 저하로 인해 농장, 조경업체, 골프장 등의 시장에 미치는 영향이다. 따라서, 바이오플라스틱은 퇴비를 오염시키는 원인이 될 수 있다. 생분해성 인스티튜트(BPI)와 유럽의 대응 기관인 OK컴포스트(OK Compost)는 퇴비화 업체들의 우려에 대응하기 위하여 퇴비화 가능한 포장을 위한 자발적 인증 표준을 마련했다. 이 인증을 획득하기 위해서는 바이오플라스틱 제조업체가 제품의 분해 속도를 증명하는 ASTM 기준을 만족시켜야 하며, PFAS(영구적 화학 물질)를 포함하지 않고, 일반적인 토양 생태독성 테스트를 통과해야 한다. 그러나 노리스-월트는 이러한 인증 프로그램이 퇴비 중 미세 플라스틱 문제를 충분히 고려하지 않는다고 지적했다. 이에도 불구하고, 미국 퇴비화 위원회의 최근 조사 결과, 조사 대상 173개 퇴비업체 중 오직 46개 업체만이 퇴비화 가능한 식품 포장의 사용을 허용하는 것으로 나타났다. 혁신을 위한 기회 전문가들은 바이오플라스틱이 여러 어려움에도 불구하고, 화학적 안전성과 수명이 제품 설계에 주요 고려사항으로 포함될 경우, 농업용 멀치 필름과 같은 특정한 용도에 대해 적합한 대안이 될 수 있다고 지적했다. 린 프로덕션 액션의 마크 로시 전무이사는 플라스틱 사용이 필수적인 상황에서는 바이오플라스틱의 활용을 고려해야 한다고 말했다. 그는 "모든 재료에는 잠재적 문제가 존재한다. 우리는 이러한 재료를 인간의 건강과 안전을 고려하여 어떻게 최적화할 수 있을까?"라고 의문을 제기했다. 플라스틱 산업 내에서 바이오플라스틱은 특정 시장에서의 성장 가능성을 가지고 있지만, 광범위한 대체재로는 여겨지지 않는다. 로시는 바이오플라스틱이 대규모로 기존 플라스틱을 대체할 수 있는 해법이 아니라고 명확히 했다. 다시마나 농업 폐기물로 제작된 차세대 바이오플라스틱은 식량 작물을 원료로 사용함으로써 발생하는 환경적 문제를 어느 정도 해결했으나, 여전히 독성 문제에 대한 해결책을 마련해야 한다는 지적이 있다. 클린 프로덕션 액션은 제조업체들이 자사 제품에서 수천 가지의 유해 화학물질을 식별하고 제거할 수 있도록 돕기 위해, 일회용 식품 포장과 재사용 가능한 용기에 적용할 수 있는 독립적인 표준인 그린스크린(GreenScreen)을 개발했다. 주요 PLA 제조업체 중 하나인 네이처웍스(NatureWorks)는 그린스크린 평가를 통해 자사의 원료가 유해 화학물질을 포함하지 않음을 공식적으로 인증받았다. 그러나 업계 전반에 걸친 변화를 이끌기 위해서는 더 많은 제조업체들이 이러한 제품 인증 과정을 통과해 한다. 노리스-발트는 캘리포니아나 콜로라도에서 시행된 것과 같은 엄격한 라벨링 기준과 법률의 존재가 퇴비화 가능한 바이오플라스틱이 실제로 산업 퇴비화 시설로 올바르게 전달되기 위해 필수적이라고 강조했다. 그녀는 "실수든 의도적이든 시리얼을 퇴비화할 수 있다고 잘못 표시하는 비양심적 기업들에 대해 소송을 제기하는 것만으로도 이러한 오해를 빠르게 중단시킬 수 있다. 여기서 중요한 것은 법의 집행이다"라고 말했다. 전 세계적으로 전문가들은 바이오플라스틱이 현재 직면한 플라스틱 오염 문제에 대응하기 위한 국제적 합의에서 중요한 역할을 하고 있음에 동의하며, 이러한 재료는 기존 플라스틱과는 다르게 관리되어야 한다는 점에 대해 합의했다. 톰슨은 단순히 대안이나 대체재를 찾는 것 이상이 필요하다고 말했다. 그는 "우리가 직면한 문제를 해결할 뿐만 아니라 더 우수한 성능을 제공할 수 있음이 입증된 대안과 대체재가 필요하다"고 강조했다. 톰슨과 와그너가 활동하는 국제적 단체인 '효과적인 글로벌 플라스틱 조약을 위한 과학자 연합'은 플라스틱이 화학물질을 적게 포함하도록 재설계되고, 재료 회수를 간소화할 인센티브를 조약에 포함시키길 바란다. 와그너는 "업계가 1만가지의 화학 물질을 포함하지 않는 제품을 설계하길 바란다"고 말해, 제품 설계 시 화학물질 사용을 대폭 줄이는 것을 목표로 하고 있음을 밝혔다.
- 생활경제
2024-03-13 11:35:00
[신소재 신기술(10)] 쓰레기 아닌 자원! 세탁 세제로 플라스틱 용기 재활용 시대 열리다

영국에서 액체 세탁 세제로 플라스틱을 재활용하는 기술이 개발됐다. 과학 기술 전문매체 더쿨다운(TCD)은 10일(현지시간) 영국 킹스 칼리지 런던의 과학자들이 세탁 세제를 사용해 플라스틱을 분해하여 재활용할 수 있는 새로운 방법을 개발했다고 보도했다. 이 연구는 일회용 플라스틱의 일반적인 유형인 폴리락틱산(PLA)에 초점을 맞췄다. 킹스 칼리지 런던의 연구원들은 극한의 열을 사용하지 않고도 PLA를 분해할 방법을 찾던 중 대부분의 세탁 세제에서 흔히 발견되는 칸디다 안타르크티카 리파제 B(Candida antarctica lipase B·CALB)라는 효소를 발견하고 이를 변형해서 이온성 액체에 용해시켰다. 연구팀은 CALB 용액에 플라스틱 컵을 담근 후 24시간이 지나면 플라스틱이 완전히 녹는 것을 확인했다. 이 연구 결과는 과학 저널 셀 물리 과학 보고서(Cell Reports Physical Science)에 게재됐다. 폴리락틱산(Polylactic Acid, PLA)은 옥수수 전분과 사탕수수와 같은 식물성 자원에서 추출한 락틱산을 중합하여 만들어지는 가장 일반적인 상업용 생분해성 플라스틱이다. 그러나 일단 플라스틱으로 바뀌면 생분해되지 않고 매립지를 막거나 바다에 버려지게 된다. PLA는 석유 기반 플라스틱과 달리 식물로부터 얻어지므로 재생 가능한 자원을 사용하며, 사용 후에는 자연 조건 하에서 미생물에 의해 분해되어 이산화탄소와 물로 환원되는 특성을 갖는다. 이로 인해 환경 친화적인 대안으로 주목받으며, 일회용품, 포장재, 섬유, 의료 분야 등 다양한 용도로 사용돼 왔다. 하지만, PLA의 분해 속도는 환경 조건(온도, 습도, 미생물의 존재)에 따라 크게 달라질 수 있다. PLA는 산업적 규모의 퇴비화 시설에서는 빠르게 분해되지만, 자연 상태에서는 분해되는 데 수년이 걸릴 수 있다. 또한, PLA의 생산 과정에서 사용되는 식물 자원이 식량으로 사용될 수 있는 농작물을 사용한다는 점에서 지속 가능성에 대한 논쟁이 뜨거웠다. 연구팀은 "환경에 플라스틱 쓰레기가 쌓이는 것은 생태학적 재앙이며, 이를 해결하기 위해 다양한 접근 방식이 필요하다"고 설명했다. 인류세(Anthropocene)에 따르면 연구팀 중 한 명인 알렉스 브로건 화학과 교수는 "폴리락틱산은 제대로 재활용할 방법이 없기 때문에 선택했다"고 말했다. 브로건 교수는 "우리의 (기술) 개발로 90°C에서 40시간 이내에 플라스틱을 구성 요소로 전환할 수 있게 되었다"고 설명했다. 다음 연구 단계는 CALB 용액에 용해된 플라스틱을 재활용하기 위해 용도를 변경하는 방법을 알아내는 것이다. 브로건 교수는 "현재 엔지니어들과 협력하여 파쇄와 같은 보다 정밀한 전처리를 통해 이 공정을 개선하여 더 큰 규모로 작업할 수 있는 방법을 모색하고 있다"고 말했다. 그는 이어 "우리가 보여줘야 할 주요 개선 사항은 분해된 플라스틱으로 실제로 플라스틱을 다시 만들 수 있다는 점이며, 이를 통해 순환 고리를 끊는 것"이라고 강조했다.
- 포커스온
2024-03-11 11:25:00
[신소재 신기술(9)] 땅콩 껍질로 리튬 이온 배터리 생산 기술 개발

중국 과학자들이 땅콩 껍질을 활용하여 리튬 이온 배터리를 생산하는 새로운 기술을 개발했다. 이 연구는 폐기물 활용과 리튬 이온 배터리 성능 개선이라는 두 가지 문제를 동시에 해결했다. 과학기술 전문 매체 더 쿨다운은 지난 5일(현지시간) 중국 과학기술대학교 연구팀이 땅콩 껍질에서 추출한 산화철을 이용하여 리튬 이온 배터리 음극을 제조하는 새로운 방법을 개발했다고 전했다. 연구 결과 땅콩 껍질 기반 음극은 높은 전기 용량과 우수한 사이클 안정성을 보였다. 게다가 떵콩 껍질 기반은 기존 흑연 기반 음극보다 저렴하고 친환경적이다. 이 연구 결과는 지난해 11월 14일 에너지 저장 기술과 시스템에 관한 연구를 다루는 국제 학술지 '저널 오브 에너지 스토리지(Journal of Energy Storage)'에 게재됐다. 리튬 이온 배터리는 양극과 음극(각각 양전극과 음전극) 사이에서 리튬 이온을 이동시켜 작동한다. 현재 대부분의 리튬 이온 배터리 음극은 흑연, 규소, 또는 이 둘의 복합체와 같은 탄소 기반 물질로 제조된다. 그러나 리튬 이온 배터리 연구에 종사하는 과학자들은 이러한 기존 소재보다 더 우수한 물질을 개발할 수 있다고 기대해 왔다. 땅콩 껍질 기반 음극, 높은 전기 용량 지녀 또 다른 학술지 '응용 표면 과학 언드밴스(Applied Surface Science Advances)' 저널에 게재된 「리튬 이온 전지용 음극 재료: 리뷰」라는 제목의 연구 논문에서 연구팀은 "흑연 음극은 용량이 적고 안전상의 문제가 있다는 것이 잘 알려져 있다"고 지적했다. 연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 "다음 세대 리튬 이온 전지용 새로운 음극 재료로서 많은 고성능 음극 재료들이 연구되고 있다"고 덧붙였다. 이같은 상황에서 최근 개발된 음극 재료 중 하나가 바로 땅콩 껍질을 활용한 것이다. 연구팀은 땅콩 껍질이 저렴하다는 점에서 재료로 매력적이라고 설명했다. 연구 논문에서 저자들은 "싸고 반복 성능을 개선하는 데 적합한 열분해 공정을 위한 탄소 원천으로 저렴한 원료를 찾기 위해 노력했다"고 밝혔다. 폐기되는 유기물질인 땅콩 껍질을 활용하여 리튬 이온 배터리를 제조하는 것은 두 가지 문제를 동시에 해결하는 훌륭한 방법이다. 이는 배터리의 효율, 안전성 및 비용을 개선하는 데 도움이 될 뿐만 아니라 식품 폐기물 문제 해결에도 기여한다. 땅콩 껍질을 이용해 배터리를 만들면 쓰레기 매립지에 폐기되어 지구 온난화 가스를 배출하는 대신 유용한 자원으로 활용될 수 있다. 연구팀은 또한 대나무, 흰목이버섯의 일종인 트레멜라(tremella), 뽕잎, 목재, 녹차 등에서 추출한 탄소 함유 물질 등을 사용해 동일한 실험을 진행했다. 감귤 껍질로 리튬 배터리 재활용 비슷한 맥락에서 또 다른 연구팀은 최근 감귤류 껍질을 이용해 리튬 배터리를 재활용하는 방법을 개발했다. 싱가포르 난양 기술 대학교(Nanyang Technological University·NTU) 과학자들은 감귤 껍질을 활용해 리튬 배터리를 재활용하는 기술을 개발했다. 새로운 방법은 과일 껍질을 이용해 사용한 배터리에서 귀금속을 추출한 다음 새 배터리에 재사용할 수 있었다. 이는 리튬 배터리를 재활용하는 가장 환경 친화적인 방법일 수도 있다. 이 연구팀의 일원인 마다비 스리니바산(Madhavi Srinivasan) 교수는 "현재 산업적으로 전자 폐기물을 재활용하는 과정은 에너지 집약적이며, 유해한 오염 물질과 액체 폐기물을 배출하므로 전자 폐기물의 양이 증가함에 따라 친환경적인 재활용 방법이 시급히 필요하다. 우리 팀은 생분해성 물질로 재활용하는 것이 가능하다는 것을 입증했다"며 "이러한 발견은 우리의 기존 작업을 기반으로 한다"고 설명했다. NTU 팀은 극한의 온도를 요구하지 않고 오렌지 껍질과 감귤류에서 발견되는 약한 유기산인 구연산만을 사용하여 산업 재활용 공정과 동일한 결과를 얻을 수 있었다.
- 포커스온
2024-03-07 10:28:00
나사, 지구 표면 광물 분포 지도 최초 공개…지하자원 개발·환경오염 예측에 활용

미국 항공우주국(NASA)이 최근 지구 표면 광물 분포 지도를 처음으로 공개했다. 이 지도는 지하자원 개발과 환경 오염 예측 등에 활용될 것으로 전망된다. 나사의 EMIT(Earth Surface Mineral Dust Source Investigation, 지표면 광물 분진 출처 조사) 임무는 2023년 11월 종료된 연도의 데이터를 활용하여 지구의 건조한 지역에 존재하는 적철광, 괴철광, 카올리나이트와 같은 광물들에 대한 최초의 세계 지도를 제작했다. EMIT는 나사가 진행하는 미션으로, 지표에서 대기를 향해 상승하는 미네랄 분진의 근원을 조사하는 것을 목표로 한다. 이 미션은 2022년 4월, 국제 우주 정거장(ISS)에 장착된 EMIT(Earth Surface Mineral Dust Source Investigation) 분광기의 운영을 시작으로 본격적으로 진행되고 있다. EMIT은 나사의 제트추진연구소에서 개발한 이미징 분광계를 사용하며, 이 임무를 통해 지구 표면의 광물 구성에 대한 더 자세한 정보를 제공한다. 이 미션은 먼지가 공중에 떠 있는 때에 기후에 미치는 영향을 평가하기 위해 3가지 광물과 추가로 7가지 다른 광물에 대한 수십억 개의 측정값을 수집했다. 약 250마일(410km) 상공에서 지구 표면을 측량하는 EMIT은 지구의 지질학자나 항공기로는 측정하기 어려운 광범위한 지역을 스캔하면서 동시에 동등한 수준의 세부 정보를 효과적으로 수집한다. 현재까지, 이 임무는 지구 중심에서 약 6900마일(11,000km) 너비의 벨트 내 건조 지역을 포함한 연구 영역에서 55,000개 이상의 "장면" [50 x 50마일(80 x 80km) 표면 이미지]를 촬영했다. 이 임무는 또한 17개월 동안 궤도에서 매립지, 석유 시설, 그리고 기타 기반 시설에서 배출되는 메탄과 이산화탄소 기둥을 감지하는 등 다양한 추가 기능을 입증했다. 과학자들은 이 지도를 통해 기후 변화 및 다른 환경적 요인에서 미세 입자의 역할을 모델링하고 연구할 수 있게 됐다. EMIT 과학팀의 일원인 애리조나주 투산에 위치한 행성 과학 연구소의 로저 클라크(Roger Clark) 선임 과학자는 "표면의 화학적 특성을 이해하기 위해서는 이미징 분광학을 활용할 수 있다. 이미징 분광학은 빛의 반사와 흡수를 측정하여 표면의 구성을 파악하는 기술이다"라고 설명했다. 클라크 박사는 이어 "EMIT는 이미징 분광학을 통해 지구 표면의 광물 분포를 조사하는 임무다. EMIT의 데이터는 지구의 기후 변화와 생태계에 미치는 먼지의 영향을 보다 정확하게 이해하는 데 도움이 될 것이다"라고 덧붙였다. 기후 변화 연구 활용 먼지는 대기 중에서 태양 에너지를 흡수하거나 반사하여 지구의 기후에 영향을 미친다. 더 어둡고 산화철이 풍부한 먼지는 태양 에너지를 흡수하여 지구를 따뜻하게 만들 수 있다. 반면 철을 기반으로 하지 않는 더 밝은 먼지는 빛과 열을 반사하여 지구를 냉각시킨다. EMIT의 지도는 지구 표면에서 발생하는 먼지의 종류와 양을 보다 정확하게 파악할 수 있게 해줌으로써, 먼지가 기후에 미치는 영향을 보다 정확하게 예측하는 데 도움이 될 것으로 기대된다. 먼지가 생태계에 미치는 영향 먼지는 바다와 육지에 떨어져 생태계에 영향을 미친다. 바다에 떨어진 먼지는 식물성 플랑크톤의 번식을 촉진하여 수중 생태계를 풍요롭게 만든다. 또한, 육지에 떨어진 먼지는 토양을 비옥하게 하여 식물의 성장을 돕는다. EMIT의 지도는 먼지가 생태계에 미치는 영향을 더 정확하게 이해하는 데 도움을 줄 것으로 기대된다. 예를 들어, 먼지가 바다에 미치는 영향을 연구하기 위해 먼지 발생 지역과 바다 사이의 먼지 수송 경로를 추적할 수 있다. 또한, 먼지가 식물 성장에 미치는 영향을 연구하기 위해 먼지 발생 지역과 식물 성장 지역 사이의 먼지 확산 경로를 추적할 수 있다. 아울러 EMIT의 데이터는 광물 먼지 외에도 다양한 다른 연구 분야에 활용될 수 있다. 예를 들어, 희토류 원소와 리튬 함유 광물을 탐색하는 데 사용할 수 있다. 또한, 지구 표면의 식물 종류, 눈과 얼음의 분포, 인간 활동의 흔적 등을 연구하는 데 활용할 수 있다. EMIT의 연구팀은 "EMIT 데이터는 우리의 지구에 대한 이해를 크게 향상시킬 잠재력을 지니고 있음을 인식하고 있다"라고 강조했다.
- IT/바이오
2023-12-22 13:31:00
플라스틱 폐기물, 새우 등 해양 소형생물 번식에 악영향

플라스틱 폐기물이 해양으로 유입되면서 해양 생물의 번식에 악영향을 미치고 있는 것으로 나타났다. 가벼운 쓰레기의 경우 조류를 따라 전 세계 해안에 도착하면서 또 다른 해양 환경오염까지 유발하는 등 악순환이 이어지고 있는 상황이다. 해외 매체 인콰이어러(inquirer)는 최근 영국 포츠머스 대학의 연구팀이 플라스틱 폐기물이 새우 등 작은 해양생물의 번식을 방해한다는 사실을 발견했다고 보도했다. 생태 독성학자인 알렉스 포드(Alex Ford)와 그의 동료들은 특정 종에 대해 몇 가지 화학 첨가물을 테스트했는데, 플라스틱 폐기물에 포함된 화학 첨가물이 갑각류의 행동을 변화시켜 교미 성공률을 감소시키고 있다는 것을 발견했다. 인콰이어러는 인정하지 않을 수도 있지만 인류의 부주의가 환경 오염과 자연의 경로 왜곡을 야기하고 있다고 지적했다. 이 매체는 적극적인 조치가 취해지지 않으면, 우리 생태계의 상당 부분이 심각한 위험에 처할 수 있다고 경고했다. 플라스틱 폐기물, 갑각류 정자수 감소시켜 플라스틱 폐기물이 해양 생태계에 미치는 영향에 대한 연구에서, 작은 갑각류의 정자 수 감소가 관찰됐다. 대부분은 상어와 같은 대형 동물이 해양 생태계에 가장 큰 영향을 미친다고 생각하는데, 새우 등 소형 갑각류는 해양 먹이사슬에서 중요한 역할을 하며, 그들의 손상은 전체 먹이사슬에 영향을 미칠 수 있다. 알렉스 포드는 “이 생물들은 유럽 해안에서 흔히 발견되며, 물고기와 새 등의 먹이의 상당 부분을 차지한다”며 “예를 들어, 고래는 보통 크릴을 주식으로 하는데 만약 이들이 손상되면 전체 먹이사슬에 영향을 미칠 것”이라고 강조했다. 바로 이 점이 환경 독성학자인 비데미 그린-오조(Bidemi Green-Ojo)와 그의 동료들이 '에치노가마루스마리누스(Echinogammarus marinus)라고 불리는 작은 갑각류 종을 플라스틱에서 발견되는 4가지 화학 첨가물에 노출시킨 이유다. 그린 오조는 “이 네 가지 첨가제가 인체 건강에 미치는 위험에 대해 잘 알고 있기 때문에 이를 선택했다”며 "우리가 조사한 두 가지 화학물질(DBP와 DEHP)은 규제를 받고 있으며 유럽에서는 제품에 사용이 허용되지 않는다“고 말했다. 이어 "다른 두 화학물질은 현재 제한이 없으며 많은 가정용품에서 발견된다"며 "우리는 이러한 화학물질이 수중 짝짓기 행동에 미치는 영향을 테스트하고 싶었다"고 연구 배경을 설명했다. 테스트된 화학물질 중 3개는 영국의 지표수와 지하수에서 검출된 상위 30개 화학물질에 포함되어 있다. 이 물질들은 바다 생물의 행동에 영향을 미치며, 특히 짝짓기 성공률 감소에 기여할 수 있는 것으로 밝혀졌다. 샘플 화학 물질 중 두 가지인 디부틸 프탈레이트(DBP)와 트리페닐 인산염(TPHP)은 갑각류의 정자 수를 감소시켰다. 알렉스 포드는 연구팀이 실험한 동물들이 환경에서 일반적으로 발견되는 것보다 높은 농도의 화학물질에 노출되었다고 말했다. 그는 이러한 화학물질들이 정자 수에 영향을 미칠 수 있음을 지적했다. 오랜 기간 동안 또는 생활사의 중요한 단계에서 노출된 새우에 대한 추가 실험을 통해 이러한 영향이 더 명확해질 수 있음을 나타냈다. 독도 괭이갈매기 미세플라스틱 오염 한편, 한국의 독도 괭이갈매기 깃털도 미세플라스틱에 오염된 것으로 밝혀져 충격을 안겨줬다. 국제학술지 해양오염학회지 11월호에 실린 '한국 괭이갈매기 깃털에서 미세플라스틱 검출 첫 보고' 논문에 따르면 5㎜ 미만의 미세플라스틱 170ｇ, 73개가 검출됐다. 경희대 한국조류연구소 연구진은 작년 6월 독도와 울릉도에서 괭이갈매기 17마리를 포획한 후 가슴깃을 떼어내 과산화수소수로 처리한 뒤 적외선분광기로 검사했다. 포획한 괭이갈매기의 몸무게는 평균 490ｇ으로, 몸무게의 2%를 미세플라스틱이 차지하고 있었다. 종류별로는 폴리에틸렌(PE)과 폴리프로필렌(PP)이 각각 26개와 21개로 가장 많이 나왔다. 폴리스타이렌(PS)도 10개, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 등도 16개 발견됐다. 체내에 축적된 미세플라스틱이 소화기관에 악영향을 주며, 깃털에 붙은 미세플라스틱은 유기오염물질이나 독성화학물질과 흡착해 건강을 해칠 수 있다. 미세플라스틱이 깃털을 둘러싼 기름막을 흡수하면 방수성과 보온성을 저해해 생존력을 떨어트릴 수 있다.
- 생활경제
2023-12-11 15:34:00
플라스틱 먹는 '효소' 연구 활성화⋯고비용 과제

플라스틱을 먹는 효소가 개발이 활성화돼 폐플라스틱 처리에 힘을 보탤 전망이다. 환경오염 주범으로 꼽히는 지구를 뒤덮은 폐플라스틱을 재활용하기 위해 수 많은 연구팀들은 다양한 해결책을 찾고 있다. 특히, 벌집나방 애벌레와 같은 생물학적 자원 활용은 소각이나 매립보다 환경친화적으로 플라스틱을 처리하는 유용한 도구가 될 수 있다. 미국 생화학·분자 생물학 매거진 'ASBMB 투데이'에 따르면, 스페인 생물학자 페데리카 베르토치니(Federica Bertocchini)는 약 10년 전 벌집나방의 애벌레가 플라스틱의 일종인 폴리에틸렌을 먹어 치운다는 사실을 발견했다. 폴리에틸렌은 플라스틱 용기 등을 만드는 데 흔하게 이용되지만, 잘 분해 되지 않는 특성이 있어 폐기가 어렵다는 단점이 있다. 최근 과학자들은 매립지나 자동차폐차장 등을 찾아다니면서 플라스틱을 분해할 수 있는 유기체를 찾고 있다. 이를 채취해 플라스틱의 구성 요소를 회수하는 효율적인 방법을 찾길 기대하고 있는 것. 이후 새로운 재료를 조합해 ‘무한 재활용’이 가능하도록 한다는 계획이다. 영국 포츠머스대 효소혁신센터 존 맥기한(John McGeehan)은 "놀랍게도 전 세계의 수백 개 그룹과 수천 명의 과학자들이 이 문제를 연구하고 있다"고 설명했다. 폐플라스틱, 환경오염 주범 플라스틱은 1950년대 들어 본격적으로 생산됐고 생산량도 급증했다. 매년 약 4억6000만 톤에 가까운 플라스틱이 생산되는 것으로 추정된다. 하지만 이렇게 생산된 플라스틱은 아쉽게도 소각하거나 매립지에 묻히고 있다. 플라스틱은 지구상의 심해나 극지방을 비롯해 비를 타고 내려오거나, 심지어 태반이나 모유, 사람의 혈액에서도 흔적이 보고 되는 등 우리 눈에 보이지 않는 구석구석까지 침투했다. 이처럼 플라스틱은 건강과 환경 문제와 직접 연결되어 있다. 그럼에도 수요는 줄어들지 않고 있으며, 생산량은 오는 2050년까지 10억 톤을 넘길 것으로 예상된다. 플라스틱은 가볍고, 형태를 잡기 쉬운 특성 때문에 이를 대체할 마땅한 소재가 없기 때문이다. 현실적으로 모든 플라스틱을 교체하거나 재활용할 수 없다는 점에서 차선책은 덜 만드는 것이다. 또 약 9%에 불과한 전 세계 플라스틱 재활용률을 높이는 것이 과제다. 하지만, 재활용 과정에서 유해한 화학물질을 흡수할 수 있으며, 수천 가지의 플라스틱 유형에는 각각 고유한 구성과 화학 첨가물이나 착색제가 들어 있어 대다수는 재활용할 수 없는 것이 문제다. 효소 재활용 회사 버치 바이오사이언스(Birch Biosciences) 공동 창립자이자 합성 생물학자인 요한 커스(Johan Kers)는 "우리는 심각한 플라스틱 순환성 문제를 안고 있다"며 "알루미늄과 종이 등은 재활용할 수 있지만 플라스틱 재활용은 힘들다"고 지적했다. '자연'에서 착안한 '효소' 주목 캘리포니아대학교 버클리 캠퍼스 고분자 과학자 팅 쉬(Ting Xu)는 "효소를 통한 접근법은 폐플라스틱을 폐기물의 원천이 아닌 귀중한 자원으로 전환시킬 수 있다"고 설명했다. 이미 1970년대에 플라스틱을 먹는 효소에 대한 연구가 시작됐다. 그러다가 2016년 일본 과학자팀이 사이언스 학술지에 플라스틱을 먹는 획기적인 박테리아의 새로운 변종에 대한 논문을 발표하면서 효소 연구에 다시 불을 지폈다. 교토공과대학 미생물학자 코헤이 오다(Kohei Oda)가 이끄는 연구팀은 이데오넬라 사카이엔시스(Ideonella sakaiensis) 201-F6이라고 불리는 미생물이 음료수병과 섬유에 널리 사용되는 폴리에스터인 PET 플라스틱을 주요 에너지와 식품 공급원으로 사용한다는 사실을 발견했다. 그 이후로 과학자들은 독일 라이프치히 묘지의 퇴비 더미, 그리스 하니아(Chania) 해변 등 전 세계 여러 장소에서 플라스틱을 먹는 미생물을 발견했다. 그리고 바다, 북극 툰드라 표토, 사바나 및 다양한 숲을 포함한 환경에서 자유롭게 떠다니는 DNA에서 발견된 2억 개 이상의 유전자에 대한 대규모 분석을 통해 플라스틱 분해 가능성이 있는 3만 개의 다양한 효소가 있다는 것을 찾아냈다. 맥기한은 콜로라도를 포함해 다른 지역의 국립 재생 에너지 연구소(National Renewable Energy Laboratory)의 동료들과 함께 이데오넬라 사카이엔시스의 플라스틱 섭취 능력을 담당하는 두 가지 효소를 조작해 성능을 높이고 연결해 플라스틱을 분해할 수 있는 효소 칵테일을 만들었다. 그 결과 이전보다 6배 더 빠르게 PET를 분해할 수 있었다. 최근 과학자들은 인공지능(AI)을 사용해 플라스틱을 더 빠르게 해중합[해중합은 유색 페트(PET)병이나 폴리에스터 섬유 등 플라스틱 분자를 화학적으로 분해하는 기술]하고, 표적 기질에 대해 덜 까다롭고, 더 높은 온도를 견딜 수 있는 효소를 찾아내고 있다. 초기 데이터에 따르면 생물학적 효소를 이용한 재활용은 플라스틱을 새로 만드는 것보다 탄소 배출량이 더 적은 것으로 알려졌다. 탄소와 산소가 얽혀 있는 PET 재활용 플라스틱은 생물학적 재활용에 가장 적합하다. 영국 포츠머스 대학교의 분자 생물물리학자 앤디 픽포드(Andy Pickford)는 이 물질이 '일종의 아킬레스건'이라고 말했다. PET은 탄소가 산소와 얽혀 있다. 직물과 음료수병에서 흔히 발견되며 매년 생성되는 플라스틱의 약 5분의 1을 차지하는 PET는 생물학적 재활용 업체들 사이에서 인기 있는 대상이자 상업적으로 이용 가능한 제품이기도 하다. 실제로 프랑스 회사 카르비오(Carbios)는 연간 5만 톤의 PET 폐기물을 재활용하는 것을 목표로 2025년 프랑스 북부에 바이오 재활용 공장을 열 계획이다. 호주에 본사를 둔 삼사라에코(Samsara Eco)는 2024년 멜버른에 PET에 초점을 맞춘 2만 톤 규모의 재활용을 계획하고 있다. 플라스틱 유형을 연구하고 있는 픽퍼드(Pickford)는 "PET와 유사한 화학적 구성을 가진 폴리아미드와 폴리우레탄도 본질적으로 효소에 의해 분해되기 쉬워 효소 재활용의 유망한 대상"이라고 말했다. 삼사라에코는 합성 폴리아미드의 일종인 나일론을 연구하고 있다. 지난 5월 버려진 옷으로 '세계 최초의 무한 재활용' 나일론-폴리에스테르 의류를 생산하기 위해 인기 운동복 브랜드 룰루레몬(Lululemon)과 다년간의 파트너십을 발표했다. 아직은 연구가 미진하지만 연구원들은 폴리우레탄을 분해하는 미생물에 대해서도 연구 중이다. '슈퍼웜' 유충 활용 기술 향상 효소 재활용은 순수 탄소 골격을 가진 플라스틱의 경우 전망은 흐리다. 비닐봉지를 만드는 데 사용되는 폴리염화비닐(PVC), 폴리비닐알코올(PVA), 폴리스티렌 및 폴리에틸렌을 포함하는 제품은 기름기가 많아 투입된 효소를 붙잡을 수 없기 때문이다. 그런데 페데리카 베르토치니는 데메트라(Demetra)와 세레스(Ceres)라는 이름을 붙인 왁스 벌레 타액에서 플라스틱 분해 효소를 확인했다. 이 효소는 탄소 골격에 산소를 주입해 실온에서 몇 시간 내에 폴리에틸렌을 분해하는 것으로 나타났다. 폴리스티렌을 연구하는 호주 퀸즈랜드 대학교의 미생물학자 크리스 린케(Chris Rinke) 박사는 '슈퍼웜(Superworm)'이라고 불리는 미국왕딱지벌레(Zophobas morio) 유충을 발견했다. 플라스틱을 기계적으로 작은 조각으로 파쇄하고 산소 원자를 투입해 '노화'한 다음 특수 기술을 사용해 해당 조각을 해중화하는 두 가지 과정을 통해 폴리스티렌을 분해한다. 린케 박사는 "곤충에서 발견되는 효소가 열쇠를 쥐고 있을 수 있다"고 말했다. 반면, 일부 전문가들은 생물학적 재활용 전망에 대해 낙관적이지 않다. 픽포드는 "아직 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, PVC와 같은 폴리올레핀이 대규모 효소 재활용을 위한 현실적인 목표가 될 것이라고 확신하지 못했다"며 "이런 경우 재활용이 가능한 새로운 플라스틱을 만드는 방향으로 전환하는 것이 더 현실적"이라고 말했다. 한국의 경우, 2020년 포스텍의 차형준 교수 팀은 '산맴돌이거저리(Plesiophthalmus davidis)'라고 불리는 검은 딱정벌레의 유충에서 폴리스티렌 소화 능력을 부여한 장내 세균인 '세라티아 폰티콜라(Serratia Fonticola)'에 대해 보고했다. 또 다른 그룹은 PLA를 포함한 특정 유형의 생분해성 플라스틱을 분해할 수 있는 두 가지 저온 적응성 곰팡이 균주[고산 토양과 북극 해안에서 분리된 라크네룰라(Lachnellula)와 네오데브리에시아(Neodevriesia)]를 발견했다고 보고했다. 하지만 효소를 활용하는 프로세스를 확장하는 것이 얼마나 쉬울지, 그리고 확장된 환경이 어떤 모습일지는 불분명하다. 한편, UN은 오는 2024년 세계 최초의 글로벌 플라스틱 오염 조약을 만들 예정이다. 플라스틱 오염을 억제하는 것을 목표로 하며, 특히 재활용을 더 쉽게 하기 위해 플라스틱 제품의 생산 과 설계에 대한 새로운 규칙을 도입할 것으로 예상된다. 다음 해에는 워싱턴과 캘리포니아, EU에서 플라스틱 용기와 음료수병 재료의 25%를 재활용 플라스틱으로 규정하는 법률이 시행될 예정이다. 그러나 추가적인 변화와 인센티브가 없다면 이러한 노력은 물거품이 될 수도 있다는 지적이다. 화석 연료의 저렴한 가격으로 인해 순수 플라스틱이 저렴하게 유지되는 한 생물학적 효소 활용은 비용 면에서 경쟁력이 없기 때문이다. 맥기한은 "과거 석유 및 가스 산업이 혜택을 누렸던 방식으로 PET 또는 기타 생분해성 공정에 인센티브를 부여해야 한다"며 "생물학적 재활용 기술이 향상되면 새로운 플라스틱과 경쟁할 수 있을 만큼 비용면에서 효율적일 것"이라고 강조했다. 그럼에도 그는 "효소가 전체 플라스틱 문제를 해결하지 못하지만 이제 막 첫 걸음을 뗐다"며 향후 발전에 기대감을 드러냈다.
- IT/바이오
2023-09-21 08:48:00