플라스틱이 분해가 매우 어려운 이유는 무엇 때문인가요?

Question

플라스틱의 사용 난발로 지구 환경 오염이 심각합니다. 그런데, 플라스틱이 잘 분해되지 않는 근본적인 이유는 무엇인지 궁금합니다.

Answer 1

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.

플라스틱이 좀처럼 썩지 않는 이유는 근본적으로 그 분자 구조의 견고함과 자연 생태계와의 이질성에 있습니다. 우리가 흔히 사용하는 플라스틱은 석유에서 추출한 탄소 화합물을 인위적으로 길게 이어 붙인 고분자 물질입니다. 이때 탄소와 탄소 사이의 결합은 화학적으로 매우 강력하고 안정적이어서, 자연 상태의 열이나 빛, 습기만으로는 이 연결 고리를 끊어내기가 무척 어렵습니다.

​더 결정적인 이유는 미생물의 존재입니다. 자연계의 모든 물질은 박테리아나 곰팡이 같은 미생물이 내뿜는 효소에 의해 분해되어 다시 흙으로 돌아갑니다. 낙엽이나 동물의 사체는 수억 년의 진화 과정 속에서 미생물이 분해하는 법을 익혀온 익숙한 먹잇감입니다. 하지만 플라스틱은 인류가 지난 100여 년 사이 갑자기 만들어낸 완전히 새로운 합성 물질입니다. 미생물 입장에서는 플라스틱의 거대하고 복잡한 분자 사슬을 분해할 수 있는 전용 효소를 아직 갖추지 못한 상태입니다. 한마디로 자연계에는 플라스틱이라는 거대한 성벽을 허물 수 있는 생물학적 가위가 존재하지 않는 셈입니다.

​또한 플라스틱은 물을 밀어내는 성질이 강해 미생물이 번식하며 파고들 틈이 없으며, 구조 자체가 매우 빽빽하게 엉켜 있어 산소나 수분에 의한 부식도 거의 일어나지 않습니다. 이러한 특성들이 복합적으로 작용하여 플라스틱은 수백 년이 지나도 물리적으로 작게 쪼개질 뿐, 화학적으로 완전히 사라지지 않고 지구 환경에 오랫동안 남게 됩니다.

Answer 2

안녕하세요.

플라스틱이 자연환경에서 잘 분해되지 않는 것은 매우 안정한 화학 결합을 가진 인공 고분자로 만들어졌기 때문인데요, 플라스틱은 대부분 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 같은 고분자 물질로 이루어져 있습니다. 이런 물질들은 작은 단량체들이 반복적으로 연결되어 매우 긴 사슬 구조를 만든 것인데요, 이때 이 고분자 사슬을 이루는 결합, 특히 탄소-탄소 공유 결합의 경우 탄소는 원자끼리 전자를 공유하며 매우 안정한 결합을 형성하는데, 플라스틱은 이런 강한 결합들이 수천~수만 번 반복된 구조를 가지고 있습니다. 따라서 자연환경에 노출되더라도 쉽게 끊어지지 않습니다.

또한 대부분의 플라스틱은 물에 잘 녹지 않고, 화학적으로도 반응성이 낮도록 설계되어 있는데요, 내구성이 높다는 장점이 환경에서는 오히려 분해가 잘 안 되는 단점으로 나타나는 것입니다. 생물학적 관점에서도 이유가 있는데요, 본래 자연계의 박테리아나 곰팡이 같은 미생물들은 보통 나무, 종이, 음식물처럼 자연에서 오랫동안 존재해온 유기물을 분해하는 효소를 진화시켜 왔습니다. 예를 들어 셀룰로오스, 단백질, 지방 등을 분해하는 효소는 흔한데요, 반면에 플라스틱은 대부분 100여 년 남짓한 비교적 최근의 인공 물질이다보니, 많은 미생물들이 아직 플라스틱의 안정한 고분자 사슬을 효과적으로 끊는 효소를 충분히 진화시키지 못했습니다. 게다가 플라스틱은 결정성이 높고 분자 사슬들이 촘촘하게 배열되어 있어서 산소, 물, 미생물 효소가 내부로 침투하는 것 자체를 어렵게 만듭니다. 결과적으로 표면만 조금씩 풍화되거나 잘게 부서질 뿐, 완전히 분해되는 속도는 매우 느립니다. 감사합니다.