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해양오염 주범 미세플라스틱이 문제?…코일형 자석 사용했더니 이렇게 분해됐다

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해양오염 주범 미세플라스틱이 문제?…코일형 자석 사용했더니 이렇게 분해됐다

호주 애들레이드대 연구팀 개가…코일 모양이 안정성 제고·반응 표면적 극대화
소량의 망간을 나노튜브 표면에 심어 물 용해 방지…미세 스프링이 자성 띠게
모든 미세 플라스틱은 화학적 조성 달라…다른 구성, 모양에 작용하도록 초점

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나노 탄소 스프링을 이용한 미세플라스틱 분해 과정을 보여주는 전자주사현미경(SEM)사진. 왼쪽 위의 공처럼 생긴 미세플라스틱이 오른쪽 아래에선 분해된 모습이다. (사진=매터)
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강과 바다의 미생물에 해를 끼치지 않고 미세플라스틱을 해결하는 방법이 제시됐다. 호주 애들레이드 대 연구팀은 나노 탄소 코일형 자석을 사용하는 독특한 방법을 내놓았다. (사진=매터)

전세계 해양 오염의 새로운 주범으로 떠오른 미세 플라스틱 오염 해결책으로 자석스프링을 사용하는 방안이 제시됐다. 이 방법은 미생물체에 해를 끼치지 않고 강과 바다의 미세플라스틱을 제거하는 기발하고도 결정적 방법이다.

호주 애들레이드 대 연구팀은 7월31일자 매터(The Matter)에 실린 최신 논문에서 질소를 추가한 탄소 나노튜브로 미세 플라스틱을 분해할 수 있다고 주장했다. 이들은 플라스틱의 연쇄 반응을 유발하는 단명 화학 물질이다. 그 결과 긴 미세플라스틱 분자는 작고 무해한 부분으로 나뉘어 용해된다.

샤오빈 왕 애들레이드 대학 화학공학 교수이자 연구 수석 저자는 종종 육안으로는 보이지 않지만 마이크로 플라스틱은 ‘유비쿼터스(어디서나 존재하는)’ 오염물질이라고 설명했다. 그는 인기 있는 화장품에서 발견되는 각질 제거 구슬과 같은 일부 구슬은 공업용수 처리 중 걸러지기에는 너무 작다고 말했다. 다른 미세 플라스틱은 간접적으로 생산되는데, 예를 들어 플라스틱 음료수 병이나 타이어와 같은 더 큰 파편조각은 태양과 모래 속에서 풍화된다.

호주 연구원들은 작은 코일 모양의 탄소 기반 자석을 사용해 인간,물고기, 동물에게 동일하게 전세계적 환경 위협을 가하고 있는 플라스틱 폐기물을 제거하는 방법을 찾아냈다.

왕 교수는 “마이크로플라스틱은 물을 통과할 때 유기물과 금속 오염물질을 흡수하며 이를 먹은 수생 유기체들이 이같은 유해 물질을 방출해 먹이 사슬 위쪽으로 축적되게 한다”며 “탄소 나노 스프링은 이 미세 플라스틱들을 해양 생태계에 크게 위협되지 않을 정도로 강하고 안정적인 화합물로 분해해 준다”고 말했다.
연구팀은 미세플라스틱을 분해하기 위해 반응성 산소종(reactive oxygen species)이라 불리는 단명 화학물질을 생성해야 했는데, 이 화학 물질은 미세플라스틱을 구성하는 다양한 긴 분자들을 물에 용해되는 작고 무해한 부분들로 잘라내는 연쇄 반응을 유발한다.

그러나 반응성 산소 종은 종종 철이나 코발트와 같은 중금속을 사용해 만들어지는데 이는 그 자체로 위험한 오염물질이다. 그래서 연구원들은 스프링처럼 질소형태를 추가한 탄소 나노튜브 형태의 더 친환경적인 해결책을 발견했다. 이것들은 미세플라스틱 파괴에 필요한 가혹한 산화 조건에서도 안정성을 유지하면서 8시간 만에 엄청난 양의 미세 플라스틱을 제거했다.

왕 교수는 코일 모양이 안정성을 높이고 반응 표면적을 극대화한다고 말했다. 또한 추가로 소량의 망간을 나노튜브의 표면에서 먼곳에 심어 물에 용해되는 것을 방지함으로써 미세한 스프링이 자성을 띠게 했다.

애들레이드대 화학공학 연구펠로이자 프로젝트 공동책임자인 샤오광 두안 박사는 “자기 나노튜브를 갖는 것은 환경 개선에 반복 사용하기 위해 실제 폐수에서 이들을 수집하는 것을 손쉽게 해주기에 특히 흥미롭다”고 말했다.
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해마다 엄청난 양의 플라스틱 쓰레기가 해양으로 버려진다. 이 현미경 사진은 재활용되지 못한 미세플라스틱의 모습을 보여준다.(사진=샤오광 두안)


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이 시각적 추상화는 호주 애들레이드 연구팀의 연구 결과를 보여준다. 새롭고 견고한 탄소 나노 스프링은 제어된 형태학을 가진 고체 열분해를 통해 합성됐다. 동시에 질소 불순물과 자기 나노입자를 캡슐화하는 방식으로 만들어졌다. 카보촉매는 물에 있는 미세플라스틱을 무해한 물질로 분해하기 위해 열수작용 조건하의 고반응성 활성기(基) 생성용 과산화1황산염을 효과적으로 촉진시킨다.왼쪽은 미세플라스틱의 모습이고 오른쪽 아래는 미세플라스틱이 분해된 모습이다. (사진=매터)

연구원들은 어떤 두 개의 미세 플라스틱도 화학적으로 전혀 같지 않기 때문에 자신들의 다음연구 단계는 나노스프링이 다른 구성, 모양, 기원을 갖는 미세 플라스틱에 작용하도록 하는 데 초점을 맞출 것이라고 말했다.

왕 교수는 또한 자신들은 미세 플라스틱 분해 과정의 중간생성물이나 부산물로 나오는 화합물의 비독성을 지속적으로 강력하게 확인할 계획이라고 말했다. 연구원들은 또한 그러한 중간생성물과 부산물이 환경 오염 플라스틱이 퍼져있는 미생물체들의 에너지원으로 이용될 수 있다고 말한다.

왕 교수는 “플라스틱 오염 물질이 녹조 성장을 위한 먹잇감으로 용도변경 될 수 있다면 이는 환경문제를 친환경적이고 비용 효율적으로 해결하는 생명공학의 승리일 것”이라고 덧붙였다.


이재구 글로벌이코노믹 기자 jklee@g-enews.com