바다가 품기엔 너무 벅찬 쓰레기

지난 3월 15일 오전, 인천과 백령도 사이를 운행하는 여객선 하모니 플라워호의 추진기에 이물질이 끼는 사고가 났다. 다행히 이 사고로 인한 인명 피해는 없었지만, 최근 들어 이런 이물질 관련 선박 사고가 자주 보고된다. 실제로 전체 해양 선박사고의 10% 정도가 이런 해양 쓰레기에 의한 사고이며, 이는 점차적으로 증가하는 추세에 있다고 한다. 이처럼 선박사고의 원인이 될 뿐만 아니라 바다를 오염시키고 생물체를 중독시키는 ‘바다의 불청객’ 해양쓰레기. ‘푸른 바다의 행성’이라는 아름다운 별칭에 걸맞지 않게 지구의 바다가 거대한 쓰레기 처리장이 돼 버리는 이유는 무엇일까? 

사실 사람들이 바다에 쓰레기를 버린 역사는 꽤 오래됐다. 아마도 그건 먼 옛날, 배를 타고 육지를 등지고 떠나는 사람이 생겨난 바로 그 순간부터일 것이다. 배를 타고 가는 과정에서 발생하는 각종 생활 쓰레기나 음식물 찌꺼기, 그리고 인간(혹은 가축)의 배설물은 모두 바다에 버려졌을 테니 말이다. 얼마 전까지만 하더라도, 육지에서 가까운 섬을 오가는 단거리 여객선의 경우 선박 뒤쪽 끄트머리에 위치한 화장실로 들어가면 변기 아래로 푸른 물결이 넘실거리는 것을 보는 것도 어렵지 않았으니까. 

하지만 대양(大洋)은 그 이름답게 넓은 아량으로 사람들이 버린 것들도 모두 보듬어 다시 생태계 안으로 순환시켰다. 근대화 이전 시대의 쓰레기들이란 대부분 자연물의 일부이거나 유기물이었기에, 너른 대양 속을 가득 메운 작은 생명체들은 이를 먹고 소화시켜 다시 지구 생태계의 자원으로 되돌려주는 순환 고리를 형성하고 있었기 때문이었다. 

하지만 점차 상황은 악화되기 시작했다. 세계화에 따른 잦은 장거리 이동으로 선박 운행에 따른 쓰레기 배출량 자체가 늘어난데다가, 늘어난 인구가 살 자리가 비좁아지자 육지에서 만들어진 쓰레기마저도 바다에 투기하는 사례가 많아진 것이다. 여기에 엎친 데 덮친 격으로 산업혁명 이후의 인류는 이전에는 지구상에 존재하지 않던 다양한 화학물질들을 만들어냈고, 이들은 곧 엄청난 쓰레기더미가 돼 바다로 버려졌다. 인류가 만들어낸 화학물질 중에서 메가 히트 상품은 ‘플라스틱’이었다. 가볍고 가격도 싼데다가 방수성과 절연성을 갖추었으면서도 색과 모양을 가공하기 편리한 플라스틱은 삽시간에 인간의 삶 전반에 끼어들었다. 현재 플라스틱의 사용량은 1인당 연간 42kg에 달할 정도로 늘어났다. 

모든 물건에는 사용 연한이 있기 마련이고, 제 역할을 다 한 뒤에는 버려지는 것이 당연한 일이다. 문제는 플라스틱의 경우에는 제품으로써의 수명은 짧은데 비해(심지어 제품 포장의 경우, 포장을 뜯는 순간부터 쓰레기가 된다!) 플라스틱이라는 성분 자체의 분해 주기는 반영구적일만큼 길다는 것이 문제다. 지구 역사에서 신출내기로 등장한 플라스틱은 지구의 분해자인 미생물들에게는 너무도 낯설어 이들을 분해시키는 능력을 지닌 분해자가 없는 탓이다. 자꾸만 쌓여가는 쓰레기 문제에서 골치 아픈 이들은 아주 손쉬운 해결책을 찾아낸다. 바로 아무도 모르는 곳, 아무도 살지 않는 곳인 바다에 버리는 것! 

보고에 따르면 인천 앞바다에 버려지는 쓰레기만 해도 연간 19만㎥에 달한다고 한다. 이는 10톤 트럭 1만 여 대에 달하는 쓰레기가 해마다 바다로 버려지고 있다는 것이다. 실제로 해양에서 발견된 쓰레기의 80%는 육지에서 유래됐다고 한다. 이렇게 바다에 버려진 쓰레기들 중 유기물은 해양미생물들에 의해 분해돼 문제를 덜 일으키지만(어디까지나 ‘덜’한 것이지 문제가 없다는 것이 아니다. 유기물이 대량 방류되면 적조 현상과 같은 또 다른 환경 문제를 유발한다), 나머지들은 그대로 남게 된다. 

특히나 플라스틱의 경우, 썩지 않고 분해되지 않는 특성상 대부분이 그대로 남게 돼 해양 쓰레기의 90%를 차지하게 된다. 이렇게 버려진 플라스틱은 물결을 타고 떠돌다가 해류의 흐름에 떠밀려 특정 지역에 모여들고는 마치 그들만의 아틀란티스처럼 점점 세를 불린다. 

1997년 하와이에서 열린 요트 경기에 참여해 LA로 향해가던 미국인 찰스 무어는 망망대해 북태평양의 한가운데에서 거대한 플라스틱 쓰레기 더미와 마주하게 된다. 일명 ‘플라스틱 아일랜드(plastic island)’의 발견이었다. 이후 이런 ‘섬’들은 추가로 발견돼, 현재 북태평양 지역의 거대한 쓰레기 밀집 지역은 적어도 세 군데에 달하는 것으로 알려졌다. 

플라스틱 아일랜드를 이루는 조성물들은 그 이름에 걸맞게 90% 이상이 플라스틱 제품이다. 일설에는 인공위성에서도 확인할 수 있을 만큼 거대하고 두텁다고 알려졌지만, 실제로는 바닷물에 많은 양의 플라스틱 쓰레기들이 둥둥 떠 있는 형상이다. 사실 이들이 그냥 그대로 떠 있기만 한다면 크게 문제가 되지 않을지도 모른다. 플라스틱 아일랜드는 거대하기는 하지만 인간이 거주하지 않는 북태평양 한 가운데에 있으니, 근처를 지나가는 선박들만 주의한다면 괜찮을 수도 있다. 하지만 문제는 그렇게 간단하지 않다. 

이들이 일으키는 가장 큰 문제는 생태계 교란이다. 종종 언론을 통해 그물을 먹고 죽은 고래나 플라스틱 조각을 삼켜서 괴로워하는 바다 새의 모습이 등장하곤 하는데, 더 심각한 것은 이렇게 큰 것보다는 오히려 작은 것이다. 플라스틱은 미생물에 의해 분해되지는 않지만, 오랜 세월 바다에서 떠돌며 햇빛에 노출되면 물리적 충격에 의해 잘게 부스러지기 마련이다. 이렇게 잘게 부스러진 마이크로플라스틱은 많은 해양 생물들에게 먹잇감으로 오인되곤 한다. 

물속의 플랑크톤이나 작은 갑각류를 걸러 먹는 것은 많은 물고기들의 영양 섭취 방법이다. 이렇게 마이크로플라스틱을 먹이로 오인해 섭취하는 경우 이들은 소화되지 않고 몸속에 그대로 쌓이게 되고, 이들은 다시 먹이사슬을 따라 상위 단계의 포식자들에게 먹힘으로써 결국 생태계 전반으로 퍼져나간다. 즉, 내부로부터의 ‘플라스틱 중독’이 일어나는 셈으로 결국 이는 해양 생태계에 치명적인 영향을 미치게 된다. 

지구 표면의 70%를 차지하는 해양 생태계가 교란되면 그 영향은 결국 전 지구적으로 확산될 것이고, 인간 역시도 그 파멸의 소용돌이에서 자유로울 수 없다. 지금 이 시간도 북태평양 바다 위에는 또 하나의 플라스틱 더미가 더해지고 있다. 우리가 쉽게 사용하고 버리는 플라스틱 제품들이 그 속도를 더욱 가속화시킬지도 모른다. 

글 : 이은희 과학칼럼니스트 

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“어? 유통기한이 지났네. 으…. 아까워.”
초보주부 김 씨는 어제 사놓은 우유를 꺼내 마실 참이었다. 하지만 덜렁거리는 성격 탓에 유통기한을 꼼꼼히 못 살핀 것이 죄. 산 지 하루 만에 우유를 버리게 생기게 된 것이다. 하지만 피 같은 돈을 주고 산 우유를 버릴 수는 없는 노릇. 김 씨는 어떻게 하면 우유를 버리지 않고 활용할 수 있을 지 생각하기 시작했다.

‘아! 우유로 바닥을 닦으면 때가 잘 진다던데…. 바닥이나 닦아볼까? 아냐…. 괜히 상한 우유 때문에 안 할 일을 더 할 수는 없지. 에라~ 모르겠다. 그냥 버려야지.’
김 씨가 싱크대에 대고 우유를 버리려는 찰나. 멀리서 다급한 목소리가 들려왔다.
“당신 지금 뭐하는 거야!”
바로 김 씨의 남편인 짠돌 씨였다.
“유통기한이 넘어서 버리는 거야”
“하루밖에 안 지났는데 왜 버려. 아깝잖아.”
“그럼 당신이 마셔”
“음…그건 곤란한데. 그럼 내가 우유를 이용해 당신을 위한 선물을 만들어 주지”
“어떻게?”
“식초, 냄비, 우유만 준비하면 돼. 당신은 잠자코 보기만 하라고.”

김 씨의 눈이 휘둥그레졌다.
“우와 여보. 우유가 플라스틱이 됐네. 어떻게 이렇게 된 거야?”
“그건 바로 우유 속에 든 카제인이라는 성분 때문이야. 우유 속에 들어 있는 단백질 가운데 약 80%가 카제인 단백질인데 카제인은 열이나 산에 굉장히 약해. 그래서 가열한다든가 식초를 넣게 되면 변성이 일어나 굳게 되지.”
“그럼 카제인 단백질만 이런 성질을 갖고 있는 거야?”
“아니야. 모든 단백질은 산을 만나면 응고가 돼. 하지만 특이하게도 카제인과 산의 반응은 아교처럼 접착성이 생기기 때문에 플라스틱으로 만들 수 있어. 이런 성질을 이용해 깨진 그릇의 틈을 붙일 수도 있지. 즉 접착제로 사용할 수 있다는 말이야.”

“정말 신기하네. 왜 응고가 되는지 좀 더 자세하게 말해줘.”
“음~ 그럼 쉽게 말해줄게. 우유 속의 카제인을 구슬이라고 하자. 이 구슬을 화학에서는 혼자 있는 분자라는 뜻으로 모노머라고 하고 구슬이 모여 목걸이가 되면 폴리머라고 해. 그런데 대부분의 모노머는 아주 자존심이 강해서 폴리머가 되기를 싫어해. 그래서 정상 상태의 우유에는 이런 모노머 상태의 카제인이 둥둥 떠다니지. 하지만 식초를 넣게 되면 이야기가 달라져. 음이온 상태의 모노머가 식초 속의 양이온인 산과 만나 성질이 달라지지. 모노머 상태의 카제인이 서로 달라붙어 폴리머로 변하는 거야. 카제인 구슬이 모여 목걸이가 되는 셈이지.”

“그럼 상한 우유에 덩어리가 지는 현상도 같은 원리야?”
“그렇지~! 우유 속의 젖산균이 젖산을 만들어내 우유가 산성이 되므로 카제인이 응고되는 것이지. 우리가 실험한 우유는 유통기한이 약간 지나서 덩어리를 볼 수 없었지만 만약 많이 상한 우유로 플라스틱을 만든다면 이미 응고가 일어났기 때문에 식초를 조금만 넣어도 돼. 하지만 상한 우유는 냄새가 지독하니까 그리 추천할만한 건 아냐. 그리고 참고로 말하자면 우유가 상하면 암모니아도 생기는데, 암모니아는 때를 잘 녹이는 성질이 있고 휘발성분도 있기 때문에 상한 우유로 타일이나 마룻바닥을 닦으면 잘 닦여.”

“근데 지금 플라스틱은 천연가스나 석유로 만들잖아. 왜 우유로 안 만드는 거야?”
“옛날에는 카제인으로 단추 같은 간단한 플라스틱을 만들었어. 하지만 카제인으로 만드는 것보다 석유나 천연가스로 만드는 게 더 값이 싸기 때문에 더 이상 만들지 않게 된 것이지.”
“오~! 여보, 굉장해. 언제 그런 과학지식을 공부했어?”
“(후훗~ 사실은 과학향기를 열심히 읽었을 뿐인데….)뛰어난 두뇌와 손재주를 타고 났기 때문이 아닐까?”
“오! 그럼 뛰어난 손재주로 딸기, 초코, 바나나 우유를 이용해 무지개빛 토끼를 만들어 줘.”
짠돌 씨는 괜히 잘난 척 한 덕분에 그날 밤새도록 눈물의 토끼 인형을 만들었다.

글 : 김맑아 과학전문 기자



[실험방법]
1. 우유를 냄비에 넣고 적당히 뜨거울 때까지 끓인다. 너무 끓으면 응고가 되므로 많이 끓이지 않도록 조심하자. 200ml는 한 3분 정도면 끓는다.
2. 데워진 우유에 식초 1티스푼을 넣고 잘 저은 다음 식힌다.
3. 우유가 식어서 하얗게 알갱이가 생기면 체로 거른다. 체가 없으면 못쓰게 된 스타킹을 이용하면 된다. 이 때 물기를 너무 많이 제거하면 빨리 건조되나 모양 만들기가 어렵고 너무 물기가 많으면 건조시간이 오래 걸리므로 적당히 조절하자.
4. 걸러 낸 내용물을 여러 가지 도구를 이용해 원하는 모양을 만든다. 반죽을 많이 하면 알갱이들이 잘 뭉쳐 원하는 모양을 예쁘게 만들 수 있다. 참고로 짠돌 씨는 토끼를 좋아하는 아내를 위해 토끼 인형을 만들었다.
5. 바람이 잘 통하는 장소에 놔둬 말리자. 짧게는 2일 길게는 일주일 정도면 딱딱하게 굳는다. 도저히 못 기다릴 것 같은 사람은 드라이기나 전자레인지를 적절히 이용하면 된다.

[실험동영상 보기]


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플라스틱이라는 단어가 다소 부정적인 뉘앙스로 다가온 것은 오래 전이다. 인류의 보편적 정서가 ‘개발’을 벗어나 ‘환경’으로 바뀌기 시작한 뒤부터 그랬다. 플라스틱은 인류의 ‘삶의 질’을 획기적으로 높인 소재가 분명하지만 썩지 않는다는 점, 불에 타면 무서운 매연을 내뿜는다는 점, 가열하면 환경호르몬이 나올 수 있다는 점, 일부 종류는 그 자체로도 독성이 있다는 점 등에서 ‘친환경’과는 거리가 있다.

인류의 플라스틱 사용으로 동물들이 죽어갔다. 최근에는 바다로 떠내려간 플라스틱 쓰레기를 물새가 먹고 죽는 일도 벌어지고 있다. 심지어 갓 태어난 새끼에게도 페트(PET)병 뚜껑 같은 플라스틱 쓰레기를 물어다 먹이는 바람에 아기새와 어미새가 함께 죽는 일도 발생하고 있다.

이산화탄소 배출이 지구온난화를 비롯한 글로벌 환경문제의 주도적 이슈가 되면서 플라스틱은 더욱 코너로 몰리는 처지가 됐다. 플라스틱 제품을 만드는 데 엄청난 연료가 필요하고, 이 과정에서 대량의 이산화탄소가 발생하기 때문이다.

플라스틱은 일단 원유를 가열해 분리한 석유제품인 나프타로 만든다. 이를 가열하면 액체상태의 에틸렌과 프로필렌을 만들 수 있는데, 이것을 다시 고체 형태로 만드는 과정에서 다양한 소재가 만들어진다. 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PE), 폴리염화비닐(PVC), 아크로니트릴부타디엔스타이렌(ABS) 등이 우리가 흔히 말하는 플라스틱류의 소재들이다.

이러한 석유화학 공정에는 어마어마한 연료가 들고 온실가스도 다량 배출된다. 그래서 석유화학 업종을 대표적인 에너지 다소비, 탄소배출 산업으로 꼽기도 한다. 이 때문에 한국이 온실가스 배출 의무감축국이 될 경우 석유화학 산업이 가장 먼저 타격을 받게 될 것으로 보인다.

그렇다고 인류가 플라스틱을 안 쓸 수 없는 노릇이다. 이미 인류는 철기시대를 지나 플라스틱시대에 살고 있다고 할 만큼 거의 모든 제품에 합성수지를 쓰고 있기 때문이다. 석유화학 업계에서 “만일 인류가 천연 소재만을 사용할 경우 지구가 4개 있어도 모자란다”고 말할 정도로 천연 소재는 부족한 수준이다. 실제로 철이 주된 소재인 것 같은 자동차나 가전제품도 50% 이상은 합성수지로 만들어진다.

이 같은 플라스틱의 문제들을 일거에 해결할 수 있는 방법으로 ‘이산화탄소 플라스틱’ 기술이 각광받고 있다. 이분열 아주대 분자과학기술학과 교수가 개발한 기술로 현재 SK에너지와 함께 연구개발과 사업화를 동시에 진행하고 있다.

이산화탄소로 플라스틱을 만드는 기술의 핵심은 촉매다. 프로필렌옥사이드와 이산화탄소를 56대 44로 섞은 뒤 여기에 ‘슈퍼-액티브 촉매’를 넣어주면 화학반응을 통해 고체물질이 생기는데 이게 바로 이산화탄소 플라스틱이다. SK에너지는 이 이산화탄소 플라스틱의 상표명을 ‘그린-폴’(Green-Pol)로 정하고 세계 최초의 상업공정을 2012년 가동하겠다는 목표로 기술을 가다듬고 있다.

<왼쪽은 이산화탄소 플라스틱의 모습이고, 오른쪽은 이분열 교수가 개발한 촉매가 프로필렌
옥사이드 액체와 이산화탄소의 반응을 촉진해 플라스틱을 만들어내고 있는 모습이다. 사진제
공. 이분열 아주대 교수>


이산화탄소 플라스틱은 기존 합성수지의 특징을 대부분 지닐 뿐 아니라 놀라운 장점도 가지고 있다. 일단 무연 연소성을 가져 태워도 공해가 발생하지 않고, 다 쓰고 난 뒤에는 태워버리면 되기 때문에 쓰레기 문제가 발생하지 않는다. 인체에 대한 독성이 없는 것도 장점이고, 색상도 투명해 색소를 첨가하면 얼마든지 아름다운 색깔을 띨 수 있다. 산소와 수분을 완벽히 차단하는 것은 기본이다.

이 때문에 이산화탄소 플라스틱이 상용화될 경우 기존 석유화학계 플라스틱 제품을 빠르게 대체해 나갈 것으로 전망된다. 우선 차단성 식품용기 등 인체와 직결된 분야부터 시작해 PVC 대체재, 포장재뿐만 아니라 친환경 단열재, 완충재로도 쓰일 예정이다.

화학업계에 따르면 단열재, 완충재 시장은 연간 국내 시장이 6,500억원, 세계 시장이 8조원이고 PVC 시장이 국내 4,800억원, 세계 15조원이다. 차단성수지 세계 시장 규모도 3조원이나 되며 차단성 코팅 레이어, 접착 레이어 등 응용분야도 무궁무진해 시장성은 그야말로 천문학적으로 커질 수 있다.

이산화탄소 플라스틱은 소재로서 훌륭하기만 한 것이 아니라 탄소배출권이라는 새로운 비즈니스 모델을 창출할 수 있다는 것도 장점이다. 산업 활동에서 배출되는 이산화탄소를 모아서 자원화하는 개념이기 때문이다.

현재 인류는 공장에서 나오는 이산화탄소를 모으는 기술은 확보하고 있으나 이를 처리하는 데는 애를 먹고 있다. 화학반응을 통해 이산화탄소를 다른 물질에 고착시켜 땅에 묻는 방법이 그나마 현실적인데, 막대한 비용이 든다. 이산화탄소 플라스틱은 기존 합성수지 제조 과정의 탄소배출을 줄일 수 있는 최고의 방법이면서 다른 산업이 배출하는 이산화탄소까지 줄여준다. 또 탄소배출권도 추가로 확보할 수 있어 새로운 비즈니스 아이템으로 평가받는다.

<이산화탄소 플라스틱 연소 장면. 연소 중에는 유해가스 배출이 적고 연소 뒤에는 물과 이산화
탄소로 분해된다. 사진제공. 이분열 아주대 교수>


물론 앞으로 남은 길이 쉬운 것만은 아니다. 이산화탄소 플라스틱의 물성 중 내열성을 강화해 고온에서도 휘거나 녹지 않도록 해야 한다. 또 촉매기술을 최적화하고 상업화 단계에서도 안정적으로 쓸 수 있도록 보완해야 한다. 연속 용액 공정, 청정공정, 컴파운딩 기술, 미세 발포기술, 필름 성형기술 등 다양한 기술 개발도 숙제다.

시대의 흐름을 볼 때 이산화탄소 플라스틱과 같은 녹색산업은 미래 산업의 중심이 될 게 분명하다. 특히 석유에 의존했던 ‘에너지’와 ‘소재’가 어떻게 변화할 지가 핵심 이슈다. 앞으로는 에너지와 소재가 ‘부존자원’에서 ‘기술’의 개념으로 진화하게 될 것으로 전망된다.

문제는 기술이다. 인류가 꿈꾸는 미래가 현실이 될 수 있느냐는 어떤 기술을 개발해 어떻게 상업화하느냐에 달렸다. 만약 한국이 녹색기술을 선점하는 데 성공한다면 우리도 에너지 의존국, 자원빈국 처지에서 미래의 자원부국으로 발돋움할 수 있다.

글 : 맹준호 서울경제 산업부 기자


KISTI NDSL(과학기술정보통합서비스) 지식링크


○관련 논문 정보
플라스틱 원료의 특성과 제품 설계[바로가기]
기후변화협약 대응기술로서 이산화탄소 포집 및 저장기술의 중요성[바로가기]
이산화탄소 포집을 위한 건식 흡착물질 개량[바로가기]

○관련 특허 정보
이산화탄소포집제조성물,이를이용한연도가스중의이산화탄소포집방법및장치(한국공개특허)[바로가기]
포집된 이산화탄소로부터 연료의 생성 방법(한국공개특허)[바로가기]
이산화탄소 포집 및 분석용 장치 및 사용 방법(한국등록특허)[바로가기]

○해외 동향분석 자료
탄소 포집 및 저장(CCS) 운반 인프라에 대한 기술적 분석 - 2009년 [바로가기]
의욕적인 탄소 포집 계획을 실행하는 호주 - 2008년 [바로가기]
위태로운 석탄의 미래 - 2005년 [바로가기]



ndsl링크 <출처 : 한국과학기술정보연구원 >

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