바이오 플라스틱의 종류와 분해 원리

[12~17] 다음 글을 읽고 물음에 답하시오.

(가)

플라스틱의 제조와 무분별한 사용은 많은 문제점을 일으키고 있다. 일반 플라스틱을 제조하는 과정에서 화석 연료를 사용함으로써 이산화 탄소를 배출하여 지구 온난화를 가속화하고 있고, 미생물에 의해 분해가 잘 되지 않는 플라스틱의 난분해성으로 인해 환경 오염을 초래하고 있다. 이런 문제점을 개선하기 위해 등장한 것이 친환경 플라스틱인 바이오 플라스틱인데, 생분해성 플라스틱과 바이오 베이스 플라스틱이 이에 속한다.

생분해성 플라스틱은 일반 플라스틱이 난분해성의 특성을 보이는 것과 달리, 미생물이나 분해 효소에 의해 물과 이산화 탄소로 분해될 수 있는 플라스틱을 말한다. 일반적으로 특정 조건에서 6개월 이내에 분해율이 셀룰로오스 분해율의 90% 이상에 도달하는 경우 생분해성 플라스틱이라 할 수 있는데, 바이오매스 기반 원료를 주로 사용하여 제조되는 것과 바이오매스 기반 원료가 아닌 석유 유래 원료로 제조되는 것이 있다. PLA는 옥수수 전분이나 사탕수수 전분의 발효로 얻은 젖산을 중합해 만든 것으로 바이오매스 기반 원료로 제조된 생분해성 플라스틱이며, PBAT는 바이오매스 기반 원료가 아닌 석유 유래 원료로 제조된 생분해성 플라스틱이다.

생분해성 플라스틱은 미생물이 분비하는 효소로 인해 고분자인 플라스틱이 저분자가 된 후, 미생물이 저분자를 흡수하고 대사 작용을 거쳐 물과 이산화 탄소로 최종 방출되는 과정을 통해 분해된다. 이런 특성으로 인해 일반 플라스틱에 비해 미세 플라스틱이 발생하거나 축적되는 것을 억제할 수 있고, 폐기물 처리 비용이 낮다는 이점이 있다. 하지만 제조 비용이 일반 플라스틱에 비해 높고, 생분해성 플라스틱의 분해 조건을 조성하는 시설이 아직 미비하며, 바이오매스 기반 원료를 사용하는 경우 식량으로 사용되어야 할 작물을 이용한다는 한계점이 있다.

바이오 베이스 플라스틱은 바이오매스 기반 원료를 일부 사용하는 플라스틱으로, 생분해성 플라스틱과 달리 분해성에 있어서는 난분해성을 가지는 일반 플라스틱과 같다. 식물 등 바이오매스는 대기의 이산화 탄소를 흡수해 자라므로, 연소나 분해가 되어도 대기 중의 이산화 탄소 총량은 큰 차이가 없다. 그러므로 바이오 베이스 플라스틱은 석유 유래 원료를 기본 원료로 하는 일반 플라스틱보다 이산화 탄소 순 배출량을 줄여 지구 온난화 방지에 도움이 된다. 바이오 베이스 플라스틱은 일반적으로 생분해성 플라스틱보다 생산성이 우수하고 가격이 비교적 저렴하며 재활용 측면에서 일반 플라스틱과 크게 다르지 않다. 예를 들어 사탕수수에서 추출한 바이오에탄올을 원료로 제조한 바이오 폴리에틸렌은 석유 유래 원료를 기반으로 하는 일반 폴리에틸렌과 동일한 화학 구조를 가지므로 물성과 재활용성은 동일하다고 볼 수 있다.

(나)

미세 플라스틱이란 5mm 미만의 플라스틱 입자를 말한다. 미세 플라스틱은 플라스틱 폐기물에서 떨어져 나오거나 산업 공정에서 배출되는 등 다양한 원인으로 생성되고 있다. 최근에는 미세 플라스틱 중 직경이 1m 이하인 나노 플라스틱이 주목받고 있는데, 나노 플라스틱은 입자가 작아 생체 내 침투성과 위험성이 매우 크다.

미세 플라스틱은 다양한 경로로 인체에 흡수될 수 있다. 우선 식수와 각종 농수산물에 포함된 미세 플라스틱이 소화기를 통해 직접 인체로 유입될 수 있다. 소화기로 흡수된 미세 플라스틱 중 크기가 큰 것은 인체 밖으로 배출될 가능성이 높지만, 상대적으로 크기가 작은 미세 플라스틱은 위장관 상피 세포에서 흡수된 후 인체 주요 장기 조직에 축적되어 인체에 부정적인 영향을 미칠 수 있다.

차량이나 산업 활동 등 생활 전반에서 미세 플라스틱이 대기 중으로 배출되는데, 대기 중에 있는 미세 먼지는 호흡기를 통해 흡수되기도 한다. 호흡기에서 일어나는 미세 플라스틱의 침착은 관성으로 인한 충돌, 중력으로 인한 침강, 브라운 운동을 통해 일어날 수 있는데, 우선 미세 플라스틱 중 2~3m 정도의 입자는 공기와 함께 이동하면서 주로 관성으로 인해 코안이나 인두 등 기관지 상부의 굴곡진 면에 충돌하면서 침착이 일어난다. 1~2m 정도의 입자는 기관지로 들어온 공기의 흐름이 느려지면서 중력 때문에 침강하여 기관지 하부에 닿아 침착이 일어난다. 1m 이하의 입자는 매우 작아서 관성과 중력에 따라 규칙적으로 움직이기보다는, 공기 분자에 의해 불규칙적으로 움직이는 브라운 운동 중에 기관지의 점막에 닿아 침착이 일어난다. 이렇게 침착된 미세 플라스틱은 혈관 속 혈류까지 침투해 체내 다른 곳으로 이동할 수도 있다.

흡수된 미세 플라스틱이 인체에 미치는 영향은 순환계와 신경계, 내분비계에서 다양하게 나타난다. 순환계에 미치는 영향을 살펴보면, 혈류로 침투한 미세 플라스틱이 혈관 내피세포와 상호 작용하여 염증 반응, 산화 스트레스, 내피의 기능 저하를 일으키며, 이로 인해 혈관 손상, 동맥 경화, 고혈압 등 심혈관계 질환의 발병 위험을 높일 수 있다. 또한 혈소판 및 응고 인자와 상호 작용하여 혈액 응고 및 혈전 형성을 촉진함으로써 심장 마비나 뇌졸중과 같은 혈전증 위험을 증가시킨다. 신경계에 ⓐ 미치는 영향을 살펴보면, 미세 플라스틱이 혈액을 통해 뇌 장벽을 통과하여 산화 및 염증 반응을 유도하고, 신경 전달 물질의 작용을 저해하며 신경 독성을 유발할 수 있다. 또한 호르몬 생성 및 방출과 같은 대사 활동을 저해하는 등 내분비계에도 영향을 미친다.