물고기 아가미 본뜬 필터로 미세플라스틱 걸러낸다 [과학과 놀자]

빨래 옷감 속 미세플라스틱

우리가 일상에서 보고 사용하는 수많은 물건 가운데 가장 흔한 물질 중 하나는 플라스틱이다. 플라스틱은 잘 분해되지 않는 특성 때문에 환경오염의 주범으로 지목되고 있다. 특히 최근에는 크기가 매우 작은 ‘미세플라스틱’ 문제가 심각하게 떠오르고 있다. 미세플라스틱은 우리가 옷을 빨래하는 과정에서도 발생하는 것으로 알려졌다. 그렇다면 옷을 세탁하는 동안 미세플라스틱은 왜, 어떻게 생겨나는 것일까?

물고기 아가미 모습. 깔때기 모양의 아가미에는 작은 활 모양의 뼈가 있는데, 이곳에 작은 갈퀴들이 물 속의 플랑크톤을 걸러 먹게 해준다. /독일 본대학교 제공

그 이유는 옷 성분표에서 확인할 수 있다. 옷 안쪽 봉제선을 따라 붙어 있는 성분표를 보자. ‘폴리에스테르’ ‘나일론’ 미세플라스틱이란 이름 그대로 지름이 5mm보다 작은 플라스틱 조각을 말한다. 모래알 크기이거나 그보다 훨씬 작은 입자까지 포함되며, 너무 작아 눈에 잘 띄지 않는 경우가 많다. 그럼에도 일상생활 곳곳에서 생겨나며 직간접적으로 영향을 미치고 있다. 페트병 뚜껑을 여는 순간에도 나오고, 치약과 스크럽 같은 화장품에도 미세플라스틱이 포함돼 있다. 최근에는 빨래하는 과정에서도 미세플라스틱이 많이 발생한다는 사실이 알려져 충격을 주고 있다. ‘아크릴’ 같은 외래어가 대부분일 것이다. 이 섬유들은 ‘합성섬유’로 석유화학 원료를 기반으로 만들어진 플라스틱 계열의 물질이다.

여러 연구에 따르면 합성섬유 옷 한 벌을 세탁기에 넣고 빨래하면, 여러 물리적 힘에 의해 수천에서 수만 가닥의 미세섬유가 떨어져 나오는 것으로 밝혀졌다. 바로 이 미세섬유가 흔히 말하는 미세플라스틱인 것이다. 옷을 여러 번 입으면서 마모될수록 그 수는 더 많아진다.

이 수많은 미세섬유는 크기가 매우 작기 때문에 하수처리 과정에서 완전히 걸러지지 않는 경우가 많고, 강이나 바다로 유입된다. 이후 강과 바다 생태계에 사는 생물에게 영향을 미친다. 물고기는 물론, 심해에 사는 플랑크톤의 몸에서도 미세플라스틱이 발견되면서 그 심각성이 커지고 있다. 먹이사슬을 통해 다시 우리의 식탁에 오른 미세플라스틱은 우리 몸으로 들어와 건강을 해친다.

문제는 미세섬유가 끊임없이 발생할 것이라는 것이다. 대표적 원인은 ‘패스트패션’을 들 수 있다. 패스트패션은 유행이 빨라지면서 짧은 주기로 소비되고 버려지는 현상을 말한다. 요즘엔 점차 그 속도가 빨라져 한 시즌만 반짝 유행하는 경우가 많다. 결국 옷을 만드는 사람들도 저렴하면서 대량으로 생산이 가능한 합성섬유를 선택할 수밖에 없다. 유행이 지나 버려진 옷은 주로 칠레 아타카마 사막이나 아프리카 가나 등에서 거대한 ‘옷 쓰레기 산’이 되고 만다.

이 문제를 해결하기 위해 과학자들이 나섰다. 독일 본대학교 연구팀은 빨래하는 과정에서 미세플라스틱을 걸러내는 방법을 찾는 데 물고기의 아가미 구조에 주목했다. 고등어, 정어리, 멸치와 같은 일부 어류는 아가미를 활용한 여과 시스템을 통해 먹이를 걸러 먹을 수 있다. 그 비결은 아가미 안쪽에 있는 특별한 구조 덕분이다. 연구팀은 이 자연의 여과 원리를 세탁기 필터에 적용할 수 있을 것이라는 아이디어에서 연구를 시작했다.

아가미궁의 갈퀴들이 나 있는 모습. /독일 본대학교 제공

연구진은 물고기 아가미의 모양과 원리를 분석했다. 우선 물고기 아가미는 깔때기 모양으로, 입 부분이 가장 넓고 식도로 갈수록 좁아진다. 깔때기 벽은 아가미궁으로 이뤄져 있다. 아가미궁은 아가미 안에 있는 작은 활 모양의 뼈로, 아가미를 지탱하고 보호한다. 아가미궁은 빗살 모양의 구조인데, 이 부분을 자세히 들여다보면 미세한 돌기가 돋아나 있는 걸 볼 수 있다. 이 돌기들이 일종의 갈퀴 역할을 하는 것이다. 연구에 참여한 블랑케 교수는 ‘먹이를 섭취하는 동안 깔때기 모양의 벽을 통해 흐르면서 플랑크톤을 여과하고, 남은 물은 아가미를 통해 다시 환경으로 돌아간다”고 말했다. 이어 “깔때기 모양 덕분에 플랑크톤은 식도로 이동해 물고기가 삼킬 때까지 모이게 되고, 삼키는 순간 소화기관이 비워진다”고 설명했다.

과학자들이 물고기 아가미를 본떠 만든 세탁기 필터. /독일 본대학교 제공

이후 연구진은 이 구조를 본떠 새로운 필터를 만들었다. 이 필터는 물이 흐르면서 미세섬유는 붙잡고, 물은 잘 통과시킨다. 이렇게 제작한 필터를 실제 세탁기에서 나오는 물과 비슷한 조건에서 실험했다.

그 결과 세탁하고 난 물에 들어 있는 미세플라스틱 섬유의 99% 이상을 제거하는 데 성공했다. 또한 오랫동안 사용해도 잘 막히지 않아 실제 생활에서 쓰기에 적합한 것으로 나타났다. 이는 기존 필터들의 단점을 크게 개선한 결과였다. 연구진은 이번 연구가 자연을 관찰하고 그 원리를 기술에 적용하는 생체 모방 과학의 좋은 예시라고 설명했다. 앞으로 이 필터가 실제 세탁기나 하수처리 시설에 사용된다면, 환경으로 흘러가는 미세플라스틱의 양을 크게 줄일 수 있을 것으로 기대했다.√ 기억해주세요

이윤선 과학칼럼니스트

독일 본대학교 연구팀은 빨래하는 과정에서 미세플라스틱을 걸러내는 방법을 찾는 데 물고기의 아가미 구조에 주목했다. 고등어, 정어리, 멸치와 같은 일부 어류는 아가미를 활용한 여과 시스템을 통해 먹이를 걸러 먹을 수 있다. 그 비결은 아가미 안쪽에 있는 특별한 구조 덕분이다. 연구팀은 이 자연의 여과 원리를 세탁기 필터에 적용할 수 있을 것이라는 아이디어에서 연구를 시작했다.