20201114 3차

주제 : 플라스틱 문제 해결 방안에 관한 고찰

보고서를 쓰는 이유

1. 화학적인 분해가 어렵고 배출량도 점점 많아지고 있는 플라스틱으로 인해 여러 가지 피해가 발생하고 있는데, 이런 상황에서 플라스틱 문제를 해결하는 방안을 찾아보기 위해 보고서를 쓰게 되었다.

서론

1) 전세계적으로 문제인 플라스틱의 심각성, 피해

2) 플라스틱의 종류와 환경에 미치는 영향

플라스틱 배출량은 현재 점점 많아지고, 이로 인해 피해도 계속 늘어나고 있다. 이러한 플라스틱을 처리하는 가장 좋은 방법은 재활용으로 플라스틱을 다시 쓰는 것이다. 현재 쓰레기 재활용과 관련된 다양한 캠페인과 사회 운동 덕분에 우리나라에서 배출되는 쓰레기 중 재활용 되고 있는 쓰레기의 비율은 2005년에 약 79.4%에서부터 2010년에는 약 83.4&를 달성할 정도로 늘어나고 있다. 또한, 쓰레기 소각과 매립도 조금씩 줄어드는 중이다. 하지만 배출량이 점점 많아지고, 플라스틱을 소각하고 매립하여 처리하는 방식은 단순히 생각해 간편하다는 장점을 갖고 있지만, 그 속엔 치명적인 위험이 존재한다. 소각은 쓰레기를 압축해 부피를 줄인 후 태워서 없애는 가장 간단한 쓰레기 처리 방법이다. 그러나 이 떄 플라스틱이나 비닐이 타게 되면서 인체에 유해한 여러 가지 독성 물질이 배출된다. 그 중 가장 유독성인 물질인 ‘다이옥신’은 극소량으로도 몸무게 50kg의 어른 2만명을 죽인다고 한다. 또한, 이것은 분해되지 않고 체내에 쌓여 암을 유발해 불임과 기형아 출산의 원인이 되기도 한다. 또 다른 방법인 땅 속에 묻는 매립 또한 심각한 문제를 일으킨다. 쓰레기가 썩으면서 여러 오염 물질이 나와 토양과 지하수를 오염시키고, 몸에 해로운 유해 가스도 발생시킨다. 가장 심각한 문제는 플라스틱 쓰레기는 잘 썩지 않고, 썩는데 수백 년의 시간이 걸린다는 것이다. 또한, 플라스틱 쓰레기가 먹이사슬 속으로 파고들고 있어서 지금 속도로 해양 오염이 진행된다면 2050년에는 물고기보다 플라스틱 쓰레기의 양이 더 많을 것이라고 한다.

본론1

1) 플라스틱 분해 효소(세균)

과학자들은 플라스틱을 분해하는 미생물을 이용하여 플라스틱 쓰레기 문제를 해결하기 위해 노력하고 있다. 대표적인 것으로 페트를 분해하는 미생물이 가지고 있는 효소 연구가 있다. 2016년 일본의 연구진은 페트를 분해할 수 있는 새로운 미생물과 그 미생물이 만들어내는 페트 분해효소를 세계 최초로 보고하기도 했다. 이 연구진이 발견한 페트 분해효소는 기존에 페트 분해를 위해 연구하던 다른 효소들에 비해 훨씬 페트를 잘 분해한다. 이 연구를 시작으로 페트를 포함하여 다른 종류의 플라스틱을 분해할 수 있는 효소와 미생물을 찾고자 하는 연구가 세계적으로 활발히 진행되고 있다. 영국의 연귄들은 돌연변이를 통하여 페트 분해 활성이 증가한 효소를 보고했으며 김경진 경북대 교수팀은 활성 증가뿐만 아니라 고온에서도 잘 작동하는 변이 효소도 개발했다. 이러한 방법처럼 플라스틱 분해를 촉진하는 곰팡이 균주를 국내 토양에서 발견했다. 이는 의료용 등에 쓰이는데, 곰팡이를 활용하여 바이오플라스틱 폐기물을 친환경적으로 분해하는 기반을 마련할 것으로 보인다고 한다. 환경부 소속 국립생물자원관은 경북대 정희영 교수진과의 공동연구 결과도 발표됐다. 옥수수와 같은 식물 바이오매스와 미생물이 생산하는 고분자 폴리에스테르류를 이용해 의료용 튜브와 포장제 등을 만드는 바이오플라스틱은 자연계에서 분해되지 않는 일반 플라스틱과 달라서 토양 중 미생물에 의해 생분해된다고 한다. 하지만 일부 바이오플라스틱은 자연계에서 완전분해가 어렵고, 분해되는데 수년 이상이 걸린다. 그래서 이번 연구에 사용한 분해되기 힘든 바이오플라스틱은 ‘폴리카프로락톤 디올’과 ‘폴리유산’이며, 현재 의료요 튜브, 봉합사 등 의료용 소재를 비롯하여 포장제와 코팅제 등으로 사용되고 있다. 환경부는 “연구진은 토양에 서식하는 곰팡이가 가진 물질의 분해 능력에 주목하고 국내 10여 곳의 토양에서 분리한 200여 개 곰팡이 균주를 대상으로 바이오플라스틱의 분해 능력을 확인했더”라고 했다. 환경부는 또한 이번 연구 겨롸 7개 균주가 분해 능력이 높은 것으로 나타나 균주에 따라 분해할 수 있는 물질과 시간이 다른 것으로 확인됐다.

2) 꿀벌부채멍나방

플라스틱 성분을 분해하는 곤충의 능력이 증명되어 해당 분야의 신기술 개발이 가능할 것으로 보인다고 한다. 이 곤충의 이름은 꿀벌부채멍나방이다. 벌집을 먹고 사는 것으로 보통은 알려져 있다. 꿀벌부채명나방은 세계적으로 6종이 있고 한국에는 큰꿀벌부채명나방, 작은꿀벌부채명나방, 이렇게 두 가지가 있다. 수컷은 작고 앞날개가 황갈색을 띠고, 암컷은 크고 앞날개가 암갈색을 띤다. 앞날개 외연은 오목하게 함입되어 있다. 뒷날개는 회백색을 띠며, 외연부터는 암갈색을 띤다. 이는 전국에 국지적으로 분포하며, 성충은 8월에서 9월경에 출현한다. 보통 나비목 나방의 유충은 곡식의 낱알이나 이파리를 먹고 사는데 반해, 이 나방은 꿀벌의 집에 가서 그 곳에 비축된 꿀, 밀랍, 꽃가루, 유충 등 둥지의 모든 구성물을 먹어치운다. 꿀만 먹어도 꿀벌이 싫어하는데 꿀벌의 애벌레도 잡아먹고 집까지 갉아먹어서 결국 군체를 무너뜨리는 전무후무한 나방이다. 이러한 이유로 흔히 ‘벌집나방’으로 불리며 장수말벌과 더불어 최악의 꿀벌해충으로 알려져 있다. 장수말벌은 턱 힘도 세고 강력한 독침도 있는 강력한 곤충이라 무력적인 면에서 꿀벌을 압도한다. 그러나 반면 이 나방은 덩치도 작고 아무런 방어 수단이 없다는 점이 주목할 만한 점이다. 별다른 제재를 받지 않고 자유롭게 벌집을 들락거린다고 하는데, 아마도 꿀벌 페로몬이나 소리언어를 모방하는 것으로 추정된다고 한다. 벌집나방의 애벌레는 2~3cm 정도로 통통하며 지방이 많다. 2017년 4월 이 꿀벌부채명나방 애벌레가 폴리에틸렌 성분의 플라스틱 봉지를 자연적 분해의 1400배 속도로 먹어치운다는 게 밝혀졌다. 스페인 칸타브리아대 생의학, 생명공학연구소의 페데리카 베르토치니 박사와 영국 케임브리지대 크리스토퍼 하위 교수 연구진은 국제학술지 ‘커런트 바이올로지’에 “꿀벌부채명나방의 애벌레가 폴리에틸렌 성분의 비닐봉지를 먹고 분해하는 것을 확인했다”고 밝혔다. 꿀벌부채명나방은 벌집에 몰래 알을 낳는데, 알에서 꺠어난 애벌레는 벌집의 밀랍을 먹고 자란다. 아마추어 양봉가인 베르토치니 박사는 “벌집에 기생하는 애벌레를 잡아 비닐봉지에 넣었는데 나중에 보니 비닐봉지에 구멍이 숭숭 뚫려 있었다”며 “이를 계기로 연구를 시작했다”고 밝혔다. 연구진은 영국 수퍼마켓에서 쓰는 일반 비닐봉지에 명나방 애벌레 100마리를 넣고, 40분 후 비닐봉지에 구멍이 생기기 시작하고 12시간이 지나자 비닐봉지의 무게가 92밀리그램 줄었다. 이는 지난 해 발표된 자연 상태 박테리아의 플라스틷 분해보다 1400배 이상 빠른 속도이다. 베르토치니 박사는 “애벌레가 평소 먹는 밀랍도 고분자 사슬 구조인 일종의 천연 플라스틱”이라며 “애벌레 침샘의 효소나 장내 세균이 밀랍과 비슷한 구조의 폴리에틸렌을 분해한 것으로 보인다”고 설명했다. 베르토치니 박사 연구진은 향후 애벌레에서 폴리에틸렌을 분해한 물질을 찾아 플라스틱 폐기물 처리에 응용할 계획이라고 말했다. 우리나라의 경우를 살펴보자면, 한국생명공학연구원은 꿀벌부채명나방의 능력에 관한 연구결과를 국제학술지 ‘셀 리포트’에 발표했다. 연구진은 “꿀벌부채명나방을 이용해 별도의 연구를 진행하던 중, 나방을 사육하는 플라스틱 통에 구멍이 나는 현상을 관찰했다”며 “특히 2017년 관련 논문이 발표돼 정확히 어떠 효소가 플라스틱 분해에 영향을 끼치는지 분석했다”고 연구배경을 설명했다. 이들은 벌집을 구성하는 ‘왁스’가 화학적인 면에서 플라스티그이 주성분인 ‘폴리에틸렌’과 매우 비슷하다는 데 관심을 가졌다. 먼저 플라스틱을 분해하는 것이 장내 특정 미생물인지 나방 고유 능력인기 확인하기 위해서 항생제를 사용해 나방의 장내 미생물을 모두 제거했다. 그 결과, 이 상태에서도 나방은 왁스와 폴리에틸렌을 모두 분해했다. ‘탄소 사슬’을 분해하는 효소는 에스테라아제, 리파아제, 시토크롬 p450이 주요역할을 하는 것으로 나타났다. 연구진은 꿀벌부채명나방의 장내 효소를 발굴해 대량 배양하면 플라스틱 오염의 근본적인 해결책을 마련할 수 있을 것으로 기대한다. 또한 효소의 효능향상을 통해 분해 효율을 높이는 법도 연구할 예정이다.

3) 곰팡이, 바이러스

+4)곤충 내장(플라스틱 분해 박테리아)

본론2

1. 화학적 분해 방법

1) 열분해

2) 플라스틱 연료화

3) 플라스틱 오일화

본론3

1. 플라스틱 제조시 활용가능한 화학적 방법

1) 생분해성 플라스틱

2) 광분해성 플라스틱

3) 더 찾아보기

4)

결론

1) 최적의 플라스틱 문제 해결방안

2)

<참고 문헌>

사이트

논문

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