바다에 녹고, 벌레가 먹는 플라스틱, 과학이 찾은 플라스틱 문제 새로운 해법!

우리는 하루에도 수없이 많은 플라스틱 제품을 사용합니다. 칫솔, 물병, 장난감, 필통처럼 주변을 둘러보면 대부분의 물건이 플라스틱으로 만들어져 있습니다. 문제는 플라스틱이 사용 후에도 쉽게 사라지지 않는다는 점입니다. 자연에서 분해되지 않고 오랫동안 남아 있기 때문에, 지구 어디를 가도 플라스틱 쓰레기를 발견할 수 있습니다. 바다, 숲, 사막까지 플라스틱 오염은 전 세계적인 문제가 되었습니다. 이로 인해 과학자들은 플라스틱을 더 빠르고 안전하게 분해할 수 있는 방법을 찾고 있습니다. ​

플라스틱은 왜 잘 썩지 않을까?

출처: 그래픽=유재일 - 조선일보

 

플라스틱은 자연에서 바로 얻는 재료가 아니라, 석유를 가공해 만든 인공 재료입니다. 석유를 뜨겁게 가열해 끓는점 차이에 따라 여러 물질을 분리하는데, 이 과정에서 나프타라는 물질이 플라스틱의 주원료로 사용됩니다.​ 나프타를 매우 높은 온도로 열분해하면 눈에 보이지 않을 정도로 작은 분자들이 생기고, 이 분자들이 길게 이어져 고분자 사슬 구조를 이루게 됩니다. 이렇게 만들어진 고분자 물질을 작은 알갱이로 만든 것이 '펠릿'이며, 이를 녹여 굳히면 다양한 모양의 플라스틱 제품이 만들어집니다.​

이 고분자 사슬 구조는 매우 튼튼해서 쉽게 끊어지지 않습니다. 또 자연에는 이 사슬을 잘 분해할 수 있는 효소나 미생물이 거의 없어 플라스틱은 수십 년에서 수백 년까지 남아 있게 됩니다. 그 결과 햇빛과 바람에 의해 잘게 부서질 수는 있지만, 완전히 사라지기까지는 오랜 시간이 걸립니다.

바닷물에 녹는 새로운 플라스틱

일본 리켄 신물질과학센터 연구진은 바닷물에서 분해되는 새로운 플라스틱을 개발했습니다. 이 플라스틱은 기존처럼 강한 결합이 아니라, 비교적 약한 결합 구조로 만들어졌습니다. 이 개념을 초분자 플라스틱이라고 부릅니다. 분자들이 수소 결합처럼 약한 힘으로 연결되어 있어, 평소에는 단단하지만 특정 조건에서는 쉽게 풀어질 수 있습니다.

연구진은 식물에서 얻은 셀룰로오스와, 농업 분야에서 활용되는 구아니디늄이라는 물질을 이용해 그물 구조를 만들었습니다. 이 구조는 플라스틱과 비슷한 성질을 가지면서도 염분에 반응합니다. 바닷물 속 나트륨 이온이 분자 사이 결합을 서서히 풀어 주어, 플라스틱이 자연스럽게 분해됩니다. 실제 실험에서 이 플라스틱 비닐은 소금물 속에서 2시간 만에 녹아 사라졌습니다.

환경에 부담이 적은 두 가지 물질

• 식물에서 얻은 셀룰로오스
• 농업 분야에서 단백질 분해용으로 쓰이는 구아니디늄 계열 물질

이 두 물질을 이용해 그물처럼 얽힌 구조를 만들었더니, 일반 플라스틱처럼 단단하면서도 특정 환경에서 쉽게 분해되는 성질을 보였습니다.

소금물에서 사라지는 비닐 실험

이 새로운 플라스틱은 염분에 민감하게 반응한다는 점이 특징입니다. 바닷물에는 나트륨 이온과 같은 염분이 풍부한데, 이 이온들이 분자 사이의 약한 결합을 조금씩 끊어 플라스틱 구조를 풀어 버립니다.

연구진은 이 플라스틱으로 비닐을 만든 뒤, 방울토마토를 담아 소금물에 넣고 저어 보는 실험을 진행했습니다. 그 결과 약 2시간이 지나자 비닐은 눈앞에서 녹아 사라지고 방울토마토만 남는 모습을 확인했습니다. 이처럼 바닷물에서 빠르게 분해되는 성질은 해양 플라스틱 오염을 줄이는 새로운 해법으로 주목받고 있습니다.

플라스틱을 분해하는 애벌레의 비밀

플라스틱을 분해하는 생물도 발견되었습니다. 꿀벌부채명나방의 애벌레인 왁스웜입니다. 왁스웜은 원래 벌집의 밀랍을 먹고 사는 곤충인데, 2017년 폴리에틸렌 플라스틱을 분해할 수 있다는 사실이 처음 밝혀졌습니다. 폴리에틸렌은 비닐봉지, 지퍼백, 장난감 등 일상에서 가장 많이 쓰이는 플라스틱입니다.

캐나다 브랜던대 연구진은 약 2000마리의 왁스웜이 0.5g 무게의 비닐봉지 한 장을 24시간 안에 분해한다는 사실을 확인했습니다. 분석 결과, 왁스웜은 플라스틱을 체지방 형태로 바꿔 몸속에 저장하는 것으로 밝혀졌습니다. 이는 사람이 음식을 먹고 지방으로 저장하는 원리와 유사합니다.

2000마리 왁스웜이 비닐 한 장을 먹는다면

캐나다 브랜던대학교 연구진은 왁스웜이 플라스틱을 어떻게 처리하는지 구체적으로 밝히기 위해 실험을 진행했습니다. 연구진은 약 2000마리의 왁스웜에게 무게 0.5g짜리 폴리에틸렌 비닐봉지 한 장을 먹였고, 이 비닐이 24시간 안에 분해되는 것을 확인했습니다.

이 과정에서 왁스웜의 몸속을 분석해 어떤 변화가 일어나는지 살펴본 결과, 플라스틱이 단순히 잘게 부서지는 것이 아니라 체지방 형태로 전환되어 몸 안에 저장된다는 사실이 드러났습니다. 이는 사람이 음식을 먹고 지방으로 바꾸어 몸에 저장하는 과정과 비슷한 원리입니다.

연구진은 유전자 분석과 배설물 성분 분석 등을 통해 왁스웜이 플라스틱을 대사 과정 속에서 지방으로 바꾸는 구체적인 생화학 경로를 추적했습니다. 이러한 연구는 앞으로 왁스웜 자체를 이용하거나, 왁스웜의 효소와 장내 미생물을 활용해 플라스틱을 처리하는 기술로 발전할 가능성을 보여 줍니다.

플라스틱 문제 해결을 향한 두 가지 실마리

• 구조를 바꿔 스스로 빨리 분해되도록 만드는 새로운 플라스틱 개발
• 이미 만들어진 플라스틱을 분해할 수 있는 생물, 효소 탐색 및 활용

바닷물에 녹는 초분자 플라스틱은 해양으로 흘러 들어가는 플라스틱 양을 줄이고, 분해 후 남는 성분을 다시 자원으로 활용할 수 있다는 점에서 의미가 큽니다. 한편 왁스웜 연구는 플라스틱을 생물학적으로 처리하는 새로운 시스템을 열어 주며, 장기적으로는 플라스틱 분해 효소나 미생물을 이용한 산업적 기술 개발로 이어질 수 있습니다.

플라스틱 문제 해결을 향한 과학의 도전

플라스틱 문제는 단순한 쓰레기 문제가 아니라, 인류가 해결해야 할 환경 과제입니다. 바닷물에 녹는 플라스틱과 플라스틱을 분해하는 생물 연구는 그 해결 가능성을 보여 주고 있습니다.

아직 대량 활용까지는 시간이 필요하지만, 이런 연구들이 모여 플라스틱 오염을 줄이는 중요한 전환점이 될 수 있습니다. 과학의 작은 발견이 지구 환경을 바꾸는 큰 힘이 되고 있습니다.