미세플라스틱(microplastics)이란 의도적으로 제조되었거나 기존 제품이 조각 나 5mm 이하로 미세화된 합성 고분자화합물로 정의할 수 있다(그림 1). 2004년에 영국의 톰슨 박사가 현미경 수준에서 식별되는 미세플라스틱의 양이 해양환경에서 증가하고 있다는 연구 결과를  지에 발표하면서 처음으로 사용되기 시작했다.
미세플라스틱은 생성 기원에 따라 크게 두 가지로 구분된다. 의도적으로 제조된 미세플라스틱은 1차 미세플라스틱이라 부르는데, 플라스틱 제품의 원료로 사용되는 레진펠렛(pre-production resin pellet), 세안제나 치약에 들어 있는 플라스틱 알갱이, 공업용 연마제 등이 포함된다. 최근 1차 미세플라스틱의 사용처와 제품이 늘어나는 추세이며, 앞으로도 그 사용처는 확대될 것으로 예상하고 있다.
이에 비해 2차 미세플라스틱은 플라스틱 제품이 사용되는 과정이나 버려진 후, 인위적으로 또는 풍화에 의해 조각 나 미세화된 것을 가리킨다. 두 종류를 비교 평가한 조사 자료는 없으나, 2차 미세플라스틱의 양이 1차 미세플라스틱에 비해 환경 내에 월등히 많을 것으로 예상하고 있다.

해양에서 미세플라스틱이 최초로 발견된 때는 1970년대였다. 미국 동부 해안과 영국 남서부 해안의 수표면, 해변 및 해산 어류의 위장에서 수㎜ 크기의 플라스틱 조각이 발견되었다. 그러나 그 후 30년간 크게 주목 받지 못하다가 2004년 톰슨 박사의 논문을 기점으로 미세플라스틱 이슈가 재조명되기 시작했다. 
해안, 외딴 섬, 대양, 극지방에 걸친 지구 전체에 플라스틱 조각이 널리 분포한다는 사실이 점차 밝혀지면서 미세플라스틱 오염은 전지구적 환경 이슈로 부상했다. 2012년에는 국제기구들이 공동으로 지원하는 국제해양환경전문가그룹(GESAMP WG40)이 결성되어 운영되기 시작하였으며, 유네스코의 정부간해양위원회(UNESCO-IOC)는 2010년에 4대 중기전략 목표 중 하나인 ‘해양 생태계의 건강보호’ 분야에서 미세플라스틱을 4대 주요 이슈 중의 하나로 선정했다. 유엔환경계획(UNEP)은 2014년에 갱신한 국제환경 현안문제에 미세플라스틱을 포함하는 ‘플라스틱 해양쓰레기’를 포함시켰다. 이러한 국제사회의 움직임은 미세플라스틱을 포함한 해양 플라스틱 오염 이슈가 향후 국제협약으로 발전될 가능성을 강하게 시사한다.
국제기구에서 과학자 그룹에게 던지는 질문은 ‘현재 해양환경 중 미세플라스틱 오염은 얼마나 심각한 수준인가?’이다. 하지만 미세플라스틱은 최근에 대두된 이슈로서 미세플라스틱의 오염 수준과 해양생물에 대한 위해성을 진단하기에는 아직 과학적인 자료가 턱 없이 부족한 실정이다. 위해성을 규명하기 위해 확보되어야 할 과학적인 정보, 현장과 실험에서 입증되어야 할 가설들, 자료의 획득과 가설의 입증을 위해서 선행되어야 할 기술의 개발 등 다양한 분야의 연구개발이 추진되어야 할 것이다.

KIOST의 미세플라스틱 관련 연구사업 
KIOST는 국내에서 처음으로 미세플라스틱 연구를 시작한 기관이다. 2011년에 기획연구를 수행한 후, 이를 기초로 2012-2014년 동안 기관사업으로 우심해역(남해 거제도 해안과 근해)을 대상으로 ‘미세플라스틱의 연안 오염에 대한 연구’를 수행했다. 이 연구에서 미세플라스틱 오염에 대응하기 위한 국가연구개발사업 개발의 필요성과 시급성에 대한 과학적 근거를 확보할 수 있었다.
이 연구에 따르면 우심해역 모래해안과 해수 표층에서 채취한 ‘해양 미세플라스틱’의 양은 전세계 최상위 수준으로, 우리나라 연안해역 전반에 걸친 미세플라스틱 오염 수준의 평가가 필요한 것으로 나타났다. 한편 스티로폼 해양쓰레기에 서식하는 해양생물(지렁이류, 담치류)의 체내에서 스티로폼 조각이 일부 확인되어, 국내 연안에 서식하는 생물의 미세플라스틱 섭식 범위와 섭식 정도, 생물학적 영향에 대한 과학적 규명도 필요함을 보여주었다. 유용수산물의 미세플라스틱 섭취는 수산물의 질적 저하로 이어져 국민 건강의 안전성과 수산업에 영향을 미칠 수 있어, 향후 사회적으로 민감한 사안이 될 수 있다. 
스티로폼 해양쓰레기에 난연제 물질이 함유되어 있는 사실도 연구를 통해 처음으로 확인되었다. 스티로폼 부자와 그 알갱이는 우리나라 연안에서 가장 풍도가 높은 해양쓰레기이기 때문에 조각화와 미세화를 통해 독성물질이 연안으로 확산될 것이 우려된다. 따라서, 독성물질의 오염원이자 매개체로서의 미세플라스틱의 역할과 영향에 대한 연구가 필요하다.
이에 위험성을 더욱 면밀히 파악하기 위해 2015년 5월에 해양수산부의 ‘해양수산환경기술개발사업’의 일환으로 ‘해양 미세플라스틱에 의한 환경위해성 연구’ 사업이 착수되었다. KIOST가 주관하며 안전성평가연구소가 협동기관으로 참여하는 본 사업은 2015년부터 2020년까지 6년 동안 수행될 예정이다.
이번 사업이 설정한 최종 목표는 ‘미세플라스틱의 오염과 영향을 평가하기 위한 요소기술을 개발하고 우리나라 해양환경에서 미세플라스틱에 의한 환경위해성을 규명하는 것’이다. 환경위해성평가의 기본 틀에 따라, 노출평가(exposure assessment)와 영향평가(effect assessment)를 위한 요소기술을 우선적으로 확립하고 확립된 기술을 바탕으로 국내 연안해역의 미세플라스틱 오염평가를 시행하여 최종적으로 우리나라 해양환경의 미세플라스틱에 의한 위해성 수준을 제시할 예정이다. 이번 연구의 성과는 향후 해양쓰레기 국가 저감정책 수립과 국제협약 대응의 과학적 근거로 활용될 수 있다.
 
세계의 유해플라스틱 연구
해양 미세플라스틱은 크게 두 가지 측면에서 해양 플라스틱쓰레기 오염의 패러다임을 변화시키고 있다. 생물 영향의 확대와 독성물질의 이동 매개체가 바로 그것이다.
밧줄, 그물, 비닐봉지 등의 대형 플라스틱 쓰레기의 경우, 상대적으로 해양생물의 ‘얽힘(entanglement)’영향이 ‘삼킴(ingestion)'에 비하여 큰 데 반해, 미세플라스틱의 경우 삼킴을 통해 영향을 미친다. 플라스틱 입자의 크기가 작아지면 이들을 섭취하고 영향을 받는 생물이 범위가 해양포유류, 조류에서부터 해양 무척추동물까지 크게 확대될 수 있다(그림 2). 북대평양 환류대에서 채집한 어류, 북유럽 풀마슴새, 바다쇠오리류, 브라질 마젤란 펭귄의 위장에서 미세플라스틱 조각이 확인되었으며, 유럽 연안의 바다가재, 홍합류 등의 무척추동물의 체내에서도 미세플라스틱이 확인되었다. 실제, 플라스틱 해양 쓰레기의 크기가 점차 작아지면서 이들을 먹는 해양 생물 종의 숫자가 지속적으로 증가하는 추세이며, 나노미터 크기로 작아질 경우 생물에 미치는 독성학적 기작과 영향의 패러다임이 다시 한번 크게 바뀔 수 있다.
KIOST에서 수행한1 가속풍화실험을 통해 스티로폼으로부터 나노미터 크기의 초미세 미세플라스틱 입자가 생성될 수 있음이 최초로 확인되었으나, 자연적인 풍화 조건에서 초미세 플라스틱이 생성될 수 있는지, 실제 해양환경에 존재하는지에 대한 규명이 필요하다.

미세플라스틱에 함유된 오염물질은 기원에 따라 흡착성 오염물질과 플라스틱 첨가제, 두 종류로 구분할 수 있다. 흡착성 물질은 플라스틱 자체에 포함되지 않았으나, 플라스틱(입자 또는 제품)이 해양으로 유입된 뒤 흡착된 물질을 통칭한다. 플라스틱은 석유기원의 탄화수소를 기반으로 만들어진 고분자 화합물로 높은 소수성(hydrophobicity)을 갖고 있어 소수성이 강한 잔류성유기오염물질(persistent organic pollutants)에 대해 높은 흡착특성을 보인다. 크기가 작을수록 흡착능력은 커진다.
플라스틱 입자는 주변 해수에 비해 잔류성유기오염물질을 105-106배의 높은 농도로 축적할 수 있다. 플라스틱에는 제조과정에서 성형의 용이성과 플라스틱의 기능성을 향상하기 위해 다양한 화학물질이 첨가되어 있다. 즉, 폴리머의 기본 골격 사이에 가소제, 난연제, 열？자외선 안정제, 산화방지제 등의 다양한 화학물질이 혼합되어 있으며, 플라스틱 제품이 사용되는 과정이나 분해되는 과정에서 환경으로 용출될 수 있다. 이와 같이 흡착성 또는 첨가성 오염물질이 함유된 미세플라스틱을 해양생물이 섭식하였을 경우, 생물은 미세플라스틱에 의한 물리적인 영향과 더불어 미세플라스틱으로부터 오염물질을 흡수하여 2차적인 영향을 받을 수 있다. 이에 ‘미세플라스틱이 해양생물에 독성물질을 전달하는 매개체이며 해양생물의 건강성에 영향을 미칠 수 있다’는 가설을 규명하기 위한 연구가 최근 활발히 추진되고 있다.
미세플라스틱이 독성물질의 전달자가 될 수 있고 생물의 생리적 기능에도 영향을 미칠 수 있다는 수 편의 연구논문이 발표되었으나 아직까지 실제 환경에서는 증명된 바 없다. 한편, 이에 대해 회의적인 학자들도 있다. 이들은 해양생물에 미세플라스틱이 미치는 영향은 미약하며 오히려 독성물질을 제거하는 역할을 할 수 있다고 주장한다(Koelmans et al., 2013). 미세플라스틱이 해양생태계에 미치는 영향을 규명하기 위한 연구가 2010년 이후 급물살을 타고 있으나, 대부분이 실험실에서 확인하는 수준이며, 현재까지 구축된 정보 역시 매우 미약한 수준이다. 무엇보다도 실제 환경에서의 영향이 규명되어야 하며, 이를 근거로 미세플라스틱의 위해성이 평가되어야 할 것이다.

연구의 지향점 다시보기 
해양쓰레기 문제는 해양오염 이슈 중 가장 오래되고 심각한 이슈임에도 불구하고 정부는 해양쓰레기의 수거 및 사후 처리 위주의 기술개발에 투자를 집중하여 왔을 뿐, 해양쓰레기 오염 대응 기술개발을 위한 투자에는 상당히 인색하였다. 미세플라스틱 오염에 대해 과학계와 국제기구가 주목하기 시작하면서 해양플라스틱쓰레기 전반으로 그 관심이 확대 되어가는 분위기이며, 선진국에서 여러 국가로 점차 확산되는 추세이다.
대부분의 해양오염 이슈가 선진국을 중심으로 주도되었고 우리나라의 경우 십여 년 뒤쳐져 따라갔던 것임에 비하여, 미세플라스틱은 비교적 빠르게 이슈를 파악하고 연구를 시작한 경우에 해당한다. 전지구적 미세플라스틱 오염평가의 필요성이 제기되고 있고 향후 국제협약으로 확대될 가능성도 높아지고 있어, 해수부의 미세플라스틱 연구사업 착수는 상당히 시의적절하다.
앞서 언급했듯이, KIOST 연구사업의 목표와 내용이 국제전문가그룹이 제기하는 핵심 질문을 근간으로 설정되었기 때문에, 연구사업을 통해 얻는 결과들이 국제사회가 미세플라스틱의 환경 위해성 여부를 종합적으로 평가하는데 있어 근거 자료로 활용될 수 있으리라 기대한다. 또한 정부의 국제 해양쓰레기 관련 협의의 대응자료로서도 유용하게 활용될 수 있다.

글 | 남해특성연구센터 홍상희 책임연구원

2015-10-02