3. 플라스틱 및 미세플라스틱의 환경오염 실태

가. 개요

플라스틱과 관련된 환경문제는 생산단계, 소비단계, 폐기단계로 구분되어 각 단계별로 쟁점이 되고 있으며, 단계별로 살펴보면 다음과 같다. 플라스틱 생산과 관련한 환경 및 인체 유해성과 관련한 영향을 정리한 보고서에 따르면 강화플라스틱 제조업체에서 스티렌 단량체(Styrene monomer)에 노출된 노동자의 암발생률 증가사례가 보고된 바가 있으며, 염화비닐 단량체(Vinylchloride monomer, VCM) 공장의 노동자들이 VCM 질병이라 불리는 유전독성, 간암, 신경장애에 걸린 사례가 보고된 바도 있다. 또한 자동차용 플라스틱 생산공장의 노동자들은 사출성형 과정에서 발생하는 스프레이와 증기에 노출되고 있으며, 이 산업에 종사하고 있는 북미지역의 여성 노동자들 중 비정상적으로 높은 유방암 발병 및 생식장애가 보고되고 있다(UNEP, 2018).

플라스틱 소비와 관련된 인체 유해성 논란은 플라스틱에 가소제 등 첨가제로 사용되는 프탈레이트(Phthalates), 노닐페놀(Nonylphenol), 비스페놀A(BPA), 브롬계 난연제 (BFR) 등이 원인이 될 것으로 보인다. 이들 첨가제는 환경호르몬이라고 불리는 내분비계 교란물질 혹은 발암물질(Carcinogenic)로 확정이 되거나 논란 중에 있기 때문이다. 내분비계 교란물질이 유방암, 당뇨병, 대사증후군, 심혈관 및 생식장애와 연관이 있다는 역학조사 결과가 있고, 산모의 내분비계 시스템에도 영향을 미쳐 태아의 뇌 발달에 이상을 초래할 수 있다. 임신기간 중 특정 프탈레이트에 노출될 경우 남자아기의 신경활동 장애와 연관이 있다는 연구결과도 있다(UNEP, 2018).

플라스틱 폐기 단계에서는 플라스틱폐기물을 처리하는 가장 보편적인 방법은 매립 혹은 소각, 재활용인데, 이 단계에서도 환경문제가 야기된다. 즉, 매립의 경우 장기간에 걸쳐 땅 속에서 플라스틱이 분해되면서 매립가스 발생 및 첨가제 등의 화학물질이 침출수로 유출될 수 있는 문제가 있다. 소각의 경우에는 연소되면서 연소가스를 통해 오염물질이 대기 중으로 유출될 수 있다. 재활용의 경우에도 재활용산업에 종사하는 노동자들이 플라스틱을 용융하는 과정에서 발생하는 유해물질에 노출될 수 있다.

플라스틱과 관련된 이상의 환경문제는 수십 년 동안 이미 많은 논의 및 연구가 축적된 문제들로서, 플라스틱 내 인체유해를 야기할 수 있는 첨가제는 일부 사용금지가 되고 있거나 대체물질이 개발되고 있다. 또한 작업장 내의 환경문제나 폐기물을 처리하는 과정에서 발생하는 문제에 대해서도 오염방지시설의 개선 및 기준의 강화 등을 통한 해결이 시도되고 있다.

이외에 플라스틱과 관련하여 최근에 새롭게 부각되고 있는 환경문제는 해양 플라스틱 폐기물 및 미세플라스틱 문제이다. 초기에는 환경에 투기된 플라스틱 폐기물이 바다로 유출되어 바다 표면을 떠돌면서 해양생물의 피해를 야기하는 문제가 부각되었으나, 점차 연구가 진행되면서 작은 조각으로 쪼개진 미세플라스틱이 생태계 먹이사슬을 따라 생체조직에 광범위하게 축적되고 있고, 인체 이상을 일으킬 수 있다는 사실이 알려지면서 문제의 심각성이 드러나고 있다. 해양을 비롯하여 환경에 광범위하게 투기된 플라스틱 폐기물은 미세화가 진행되면서 인간이 기술적으로 관리할 수 있는 범위를 넘어섰기 때문에 기존의 방법으로는 대응하기 어려운 상황이다.

따라서 플라스틱 오염실태와 관련하여 본 보고서에서는 기존의 플라스틱 오염문제 보다는 새롭게 국제적인 환경문제로 대두되고 있는 해양 플라스틱 오염 및 미세플라스틱 문제와 관련하여 국내외 실태를 집중적으로 살펴보고자 한다.

나. 국외 플라스틱 및 미세플라스틱의 오염실태

Jambeck et al.(2015)의 연구에 의하면 2010년 기준으로 해양으로 유입되는 플라스틱 폐기물의 양이 4.8백만~12.7백만 톤에 달하는 것으로 추정하였다. 바다와 접하고 있는 192개 해안가에서 50킬로미터 이내의 주거지역에서 발생하는 플라스틱 폐기물의 양이 99.5백만 톤이며, 이 중 31.9백만 톤이 제대로 관리되지 않고 투기되고 있는 폐기물이며, 이 중 4.8백만 톤에서 12.7백만 톤이 해양으로 유입되고 있다고 추정하였다. 연간 해양으로 유입되는 플라스틱 폐기물의 양은 192개 국가에서 발생하는 플라스틱 폐기물 총량의 1.7%~4.6%를 차지하는 양이다. 해양으로 유입되는 플라스틱 폐기물 상위 20개 국가를 보면, 중국이 압도적으로 많고, 중국을 비롯하여 인도네시아, 필리핀, 베트남, 스리랑카 등 동남아시아국가가 상위 5위까지 차지하고 있다(<그림 1.19>, <표 1.7> 참조).

Schmidt et al.(2017)은 전 세계 10개의 큰 강을 대상으로 강에서 해양으로 유입되는 플라스틱 폐기물의 양을 추정하였는데, 중국의 양자강을 통해 해양으로 연간 유입되는 폐기물의 양이 약 1.5백만 톤으로 나머지 9개 강에서 유입되는 양보다 3배 이상 많은 것으로 나타났다(<그림 1.20> 참조).

플라스틱 폐기물로 인한 해양오염에 관한 자료는 시민모니터링 활동에서부터 과학적 조사에 이르기까지 다양하지만, 조사방법이 상이하기 때문에 결과비교 및 해석의 어려움이 있다. 이러한 한계를 고려하여, 유사한 모니터링 방법을 적용하여 조사한 4개 지점(바르셀로나-지중해, 콘스탄타-흑해, 리가-발틱해, 오스텐데-북해)의 결과를 보면 다음과 같다(<그림 1.21> 참조). 해변가의 경우 1회용 플라스틱 소비재 제품(플라스틱 포장재 등)의 비율이 전체 플라스틱 폐기물의 54~59%에 달할 정도로 압도적으로 높다. 영국이나 중국 등의 조사결과에서도 플라스틱 폐기물의 비율이 매우 높은데 비해, 중국의 경우에는 양식장에서 사용되는 스티로폼 부표의 비율이 매우 높게 나타나는 것이 특징이다(UNEP, 2018).

해양으로 유입된 폐기물은 연안지역의 플라스틱 폐기물 오염도를 높이지만, 해류를 따라 떠돌면서 전 세계 해양을 오염시키고 있다. 특히 비중이 가벼운 플라스틱 폐기물(비중 1 미만의 PE, PP, EPS 등 재질의 플라스틱 폐기물)의 경우에는 바다표면을 떠다니면서 파편화되어 미세플라스틱 문제를 야기하고 있다.

해안가에서 해양으로 플라스틱 폐기물을 대량으로 배출하는 중국 및 동남아시아국가 연안의 경우에는 미세플라스틱의 농도가 가장 높은 고위험군에 속한다(<그림 1.22> 참조). 육상에서 배출된 플라스틱 폐기물은 해류를 따라 순환하면서 해양의 미세플라스틱의 농도를 높일뿐만 아니라 확산시키기도 한다(GESAMP, 2015). 북태평양 지대에 형성되어 있는 거대한 폐기물 지대(해양 내 플라스틱 폐기물 밀도가 높은 지대, Great Pacific Garbage Patch, GPGP)는 면적이 160만㎢로 대한민국의 약 16배이며, 8만 톤의 플라스틱 폐기물이 있고, 1.8조 개의 미세플라스틱이 떠돌고 있는 것으로 추정된다 (Lebreton et al., 2018). 민간단체인 Orb Madia가 2017년 세계 주요 권역별로 14개의 나라를 임의로 선정하여 159개 지역 수돗물 속 미세 플라스틱을 조사한 결과, 전체 83%에서 미세 플라스틱이 검출되었다. 미국은 94%, 레바논은 90% 이상이 오염된 것으로 확인되었다(Orb Media 홈페이지). 수돗물뿐만 아니라, 병에 들어 판매되는 생수에서도 미세 플라스틱이 발견되었으며, 일회용 및 PET로 만든 재사용 병과 유리병에서 미세 플라스틱이 발견되었다(Oßmann et al., 2018). 유럽에서는 농업비료로 사용하기 위해 퇴비와 저온 살균 처리 슬러지를 사용하고 있는데, 하수 슬러지에서 플라스틱으로 제조된 개인위생용품과 가정용품에서 유래된 미세 플라스틱, 합성 섬유 등이 발견되었다는 보고가 있다. 육상에서도 플라스틱 폐기물의 매립에 의한 토양 오염뿐만 아니라, 미세 플라스틱을 포함한 비료에 의한 농지 오염이 일어나고 있으며, 실제 하수 슬러지를 비료로 사용한 토양에서 미세 플라스틱의 농도가 높다고 보고되고 있다(Zubris et al., 2005).

다. 국내 플라스틱 및 미세플라스틱의 오염실태

우리나라의 해안폐기물 모니터링 결과에 따르면, 플라스틱류가 56%를 차지하고, 항목별로 보면 페트병과 비닐봉투, 마개, 밧줄, 스티로폼 부표 등이 비율이 높은 것으로 나타났다(이종명, 2018) (<그림 1.23> 참조).

한국해양과학기술원(Korean Institute of Ocean Science & Technology, KIOST)은 낙동강 하구와 인접한 거제 동부의 내.외해역의 21개 정점에서 해수표면의 미세플라스틱의 분포를 조사하였고, 전국 18개 해변가의 미세플라스틱 분포를 조사하였다. 조사결과 해수표면의 미세플라스틱 분포의 경우 거제 동부 연안의 풍도(abundance)가 외국의 결과와 비교했을 때 유사하거나 상대적으로 높은 값을 보였다.7) 18개 해변의 플라스틱 폐기물 분포의 경우 중대형 플라스틱 폐기물은 외국과 비슷하였지만, 소형 플라스틱 폐기물의 풍도는 매우 높은 수준으로 나타났다. 이것은 다른 플라스틱에 비해 파편화가 매우 잘되는 어업용의 스티로폼 입자에 의한 영향으로 나타났다. 따라서 해양으로 배출되는 스티로폼을 수거하지 않는 한 풍화를 통해 끊임없이 파편화 될 수 있기 때문에 새로운 스티로폼 폐기물의 유입을 완전 차단한다고 하더라도 환경 중의 미세플라스틱은 지속적으로 증가할 것으로 예상된다(한국해양과학기술원, 2015).

한국해양과학기술원의 국내 패류 내 미세플라스틱 잔류 실태 결과에 따르면, 굴에서 0.07±0.31개/g, 담치에서 0.12±0.10개/g, 바지락에서 0.34±0.31개/g, 가리비에서 0.08±0.08개/g이 검출되었으며, 바지락이 다른 3종의 패류에 비해 유의미하게 높은 값을 보였다. 검출된 미세플라스틱은 폴리에틸렌, 폴리스티렌, 폴리프로필렌, 폴리에스테르 4종이었다. 이번 조사결과는 국외에서 보고된 값보다는 상대적으로 낮은 값을 보였다. 패류 4종의 체내에 함유된 미세플라스틱 양과 최근 3년간(2013~2015년) 국민 2만여 명을 대상으로 한 건강영양조사 상의 4종의 패류 평균 섭취량을 종합하면 패류 4종을 통한 1인당 연간 미세플라스틱 섭취량은 212개로 산정되었다(한국해양과학기술원, 2017).

환경부의 수돗물 미세플라스틱 실태조사결과에 의하면 국내 정수과정을 거치지 않은 원수 12곳 중에서 인천 수산정수장 1곳의 원수에서 1리터당 1개의 미세플라스틱이 검출되었고, 24개 정수장 중 서울 영등포, 인천 수산, 용인 수지 등 3개 정수장의 정수 과정을 거친 수돗물에서 1리터당 각각 0.4개, 0.6개, 0.2개의 미세플라스틱이 검출되었다(환경부 보도자료, 2017).

해양수산부가 목포대에 의뢰하여 2017년부터 2018년 초까지 국내에 시판 중인 천일염 내 미세플라스틱 잔류실태를 조사한 결과에 따르면 조사 대상 6개 천일염에서 모두 미세플라스틱이 검출되었다. 프랑스산 천일염에서는 100g당 최대 242개, 중국산 천일염에서는 17개, 국내산 천일염에서는 28개가 검출되었다(MBC 뉴스데스크, 2018년 9월 3일 보도).

2. 미세플라스틱의 독성 및 위해성 현황

1. 해양 플라스틱 쓰레기의 종류 및 미세플라스틱 성분

해양으로 유입되는 쓰레기의 종류는 매우 다양하지만 플라스틱류가 주를 이루고 있고, 9개 북동 대서양 국가를 포함하여 전 세계의 해안에 버려진 쓰레기를 수집하여 조사한 결과, 수집된 쓰레기의 약 75%가 플라스틱류로 조사되었다(OSPAR Commission, 2007). 해양 플라스틱 쓰레기들은 주로 비닐 봉투, 식품 포장지, 컵, 플라스틱 패트병, 풍선 및 산업 관련 부품, 수산업 또는 양식업과 관련된 제품과 같은 소비재들이다(Gold et al., 2013). 플라스틱 쓰레기가 바다로 유입되면 해류와 바람에 의해 장거리를 이동하다가 해류와 바람이 약해지는 5개 특정 지역(gyre)에 모이게 된다. 특히 북태평양의 쓰레기 지역[North Pacific Gyre 혹은 Great Pacific Garbage Patch(GPGP)]의 면적은 약 160만㎢로 보고되고 있다. 놀랍게도 플라스틱 쓰레기는 바다 표면뿐만 아니라 해저 퇴적물과 해변 모래사장 등 전 세계 바다 전체에 분포하고 있고, 또 플라스틱 제조에 사용된 재료들인 폴리머의 종류도 아주 다양하다(<표 2.1> 참조). 이러한 플라스틱 재료들이 미세플라스틱의 주성분이 된다.

플라스틱은 다양한 밀도로 제조되기 때문에 물보다 밀도가 낮은 플라스틱은 표면에 뜨고, 물보다 밀도가 높은 플라스틱은 가라앉는다. 부유성 해양 플라스틱 쓰레기 중에는 주로 PP(요구르트 용기, 음료수병 등)과 PE(플라스틱 쇼핑백, 음료수 걸이 등)로 제조된 플라스틱 쓰레기가 대부분을 차지한다. 그리고 고밀도 플라스틱 쓰레기는 해저로 가라앉고, 미생물이 플라스틱에 부착하여 플라스틱 sink가 되기도 한다(Engler, 2012).

2. 생태계에서의 미세플라스틱

Carpenter와 Smith(1972)가 북대서양의 플라스틱 쓰레기들이 생태학적 위협이 될 수 있다는 연구 결과를 발표한 이래 해양 플라스틱에 관한 연구가 최근에 활발하게 수행되고 있다. 그리고 국내에서도 환경부, 해양수산부, 식품의약품안전처, 한국해양과학기술연구원, 해양수산과학기술진흥원, 한국환경정책평가연구원, 한국해양쓰레기연구소, 환경운동연합, (사)바다살리기국민운동본부, (사)동아시아바다공동체오션 등 다양한 정부 기관, 정부 출연 연구소, 민간 연구소, 환경보호단체 외 여러 대학에서 플라스틱 쓰레기 및 미세플라스틱의 위해성에 대한 연구들이 진행되고 있다. 이들 보고서 따르면 현재 미세플라스틱이 생태계에 미치는 영향에 관한 연구는 다섯 가지로 분류하는데, ① 퇴적물에서의 미세플라스틱, ② 플랑크톤 샘플 내의 미세플라스틱, ③ 무척추동물의 미세플라스틱 섭취, ④ 척추동물의 미세플라스틱 섭취, ⑤ 오염물질과 미세플라스틱의 상관성 등이다(박정규·간순영, 2014; 홍상희, 2015)

가. 해변(모래사장)과 퇴적물에서의 미세플라스틱

미세플라스틱은 세계 각지의 해변 뿐만 아니라 갯벌의 퇴적물에서도 발견되고 있다(Juliana et al., 2014). Thompson et al.(2004)은 영국의 18개 해변, Browne et al.(2010)은 영국 타마 해안의 퇴적물에서 1㎜ 이하의 초미세플라스틱이 존재하고 있음을 보고하였고, Costa et al.(2010)은 브라질 북동부에 위치한 Boa Viagem 해변의 경우 관광지에 버려진 플라스틱으로 인해 1차와 2차 플라스틱 쓰레기가 발생하고 있다고 보고했다. 그 외에도 일일이 보고가 되지는 않았지만 전 세계에 존재하는 해변(모래사장)에 미세플라스틱이 퇴적되어 있는 것은 자명한 사실이다. 그렇기 때문에 이들을 포함한 전 세계 관련 연구자들은 한 목소리로 해양으로 유입되는 플라스틱의 양을 줄이는 것이야말로 미세플라스틱의 문제를 해결하는 최선의 방법이라고 제시하였다.

나. 해양 플랑크톤 내의 미세플라스틱

바다 표면에서 수집된 플랑크톤 샘플을 분석하여 바다에 떠다니는 플라스틱의 양과 미세플라스틱의 존재 유무를 연구한 결과들이 1970년대 초부터 보고되었다(Carpenter & Smith, 1972). 1970년대 초기 북대서양의 해양 표면에서 채취한 모자반(Sargassum fulvellum) 군집 샘플에서 많은 양의 폴리스티렌 플라스틱 펠릿(크기 1~2mm)이 발견되었다. 이것은 플라스틱 쓰레기가 1970년대 이전부터 바다에 존재하였으며, 플랑크톤 샘플에서 채취된 플라스틱 펠릿의 양이 증가하고 있음을 암시한다.

그 후 플랑크톤 샘플에서의 미세플라스틱에 관한 여러 연구 결과에 의하면 플라스틱의 양과 크기가 해양에 따라 다르게 나타났다. Law et al.(2010)은 북대서양 서부와 카리브해(북위 22~38도)에 있는 쓰레기 수렴대에는 해양 플라스틱이 대량으로 모여 있으며, 이곳에서는 주로 10mm 이하의 작은 플라스틱이 88%를 차지하는 것으로 나타났다. 그러나 적도 근처의 대서양에서는 암초어류(reef fish)와 새우, 가재, 게 등과 같은 십각류(Decapoda) 유충에서뿐 아니라 해저 근처에서도 플라스틱 쓰레기(5mm 이하 크기가 85%)가 발견되었다(Ivar do Sul et al., 2013). 그리고 Shaw와 Day(1994)에 따르면, 1980년대에 수행된 연구에서도 태평양에 다양한 플라스틱 쓰레기들이 대량으로 존재함을 보고하였다.

다. 해양 및 담수 무척추동물들의 미세플라스틱 섭취

해양 무척추동물의 미세플라스틱 섭취에 관한 연구는 주로 통제된 실험실에서 실시된다. Thompson et al.(2004)은 해양 무척추동물이 미세플라스틱을 섭취하는지를 조사하기 위해 미세플라스틱을 단각류, 갯지렁이와 따개비들에 섭취 시킨 결과, 미세플라스틱이 섭취되는 것을 관찰하였다. 이 외에도 홍합(Mytilus edulis)은 미세플라스틱 섭취와 관련한 연구에서 가장 일반적으로 활용되는 생물이다. Browne et al.(2008)은 홍합이 미세플라스틱(1mm 이하)을 12시간 이내에 섭취하고 또 조직 내에 미세플라스틱이 축적되는 것을 보고하였다.

또 다른 생물은 해삼류(Holothuria)가 활용되는데, 퇴적물이나 부유물이 많은 곳에서 채취된 해삼이 나일론과 PVC 조각(0.25~15㎜)을 섭취함을 확인하였다. 따라서 사람이 직접 플라스틱을 먹지 않더라도 이러한 해삼 섭취는 유기오염물질이 인체에 도달하는 새로운 경로가 될 수 있다고 제시하였다.

담수 생태계의 대표적인 수서 무척추동물인 물벼룩(Daphnia)의 체내에 미세플라스틱이 관찰되었다(<그림 2.1> 참조). 물벼룩의 먹이는 작은 녹조류이고, 물벼룩은 물고기의 좋은 먹이임을 고려할 때 물벼룩을 통한 미세플라스틱의 이동 경로 또한 우려할 사항이다. 국내의 담수 생태계에서 미세플라스틱을 조사한 결과 유리물벼룩(Daphnia galeata) 알주머니까지 미세플라스틱이 침투해 생식 및 발달을 저해하는 현상을 발견했다고 보고했다(Cui et al., 2017). 특히 미세플라스틱에 노출된 유리물벼룩 알의 83% 가량이 사망했고, 체내 지방 저장을 조절하는 지방소립의 개수가 알 형성 전후로 27~42% 감소하는 것을 확인하였다. 이러한 현상은 물벼룩의 지방소립이 생식의 주요한 에너지원인 만큼, 지방소립의 개수 감소가 주요 독성 기전일 것이라고 추론했다.

라. 해양 척추동물의 미세플라스틱 섭취

경골어류에 의한 미세플라스틱 섭취가 발견된 이후 유충과 치어에서도 미세플라스틱이 발견되는 등 미세플라스틱과 해양생물 사이의 상호작용에 대한 연구가 시작되었다. Boerger et al.(2010)에 따르면 최근 GPGP에 서식하는 플랑크톤 섭식 어류(planktivorous fish)의 35%에서 위장에 미세플라스틱이 발견되면서 척추동물의 미세플라스틱 섭취에 대한 우려가 심해지고 있다고 보고하였다.

지난 40여 년 동안 바닷새(seabird)들의 플라스틱 섭취량과 잔류 성분을 조사한 결과에 의하면, 이들이 섭취한 플라스틱은 대부분 육안으로 확인이 가능하고 macroplastic(5mm 이상)과 미세플라스틱(5mm 이하)이 함께 존재하고 있는 것으로 나타났다. 척추동물에 의한 미세플라스틱 섭취의 문제는 미세플라스틱에 흡착된 유기오염물질이 이들의 몸속에 잔류할 수 있기 때문이다. 실제로 Teuten et al.(2009)과 Tanaka et al.(2013)의 연구에 따르면, 슴새(Calonectris leucomelas)와 쇠부리슴새(Puffinus tenuirostris)에서 플라스틱으로부터 유래한 유기오염물질들이 검출되었다고 보고 하였다.

마. 미세플라스틱과 유기오염물질의 상관성

최근에는 미세플라스틱의 오염물질 흡착에 관한 연구들이 다양하게 진행되고 있다. 일본의 해안에서 채취한 PP 플라스틱 스크랩에는 바닷물로부터 흡착된 PCBs, DDE 및 노닐페놀 등이 다량으로 함유되어 있는 것으로 나타났다(Mato et al., 2001; Ogata et al., 2009). 또한 북태평양의 GPGP와 캘리포니아 해변 근처에서 수거된 플라스틱 쓰레기에 PCBs, PAHs 및 DDT 등이 흡착되어 있다는 연구 결과가 보고되었다(Rios et al., 2007). Gouin et al.(2011)도 소수성 유기오염물질들이 플라스틱 쓰레기에 흡착된다고 보고하였다. 플라스틱 종류별 유기오염물질의 흡착량을 파악하기 위한 연구도 진행되었는데, Rochman et al.(2013)은 HDPE, LDPE 및 PP가 PET와 PVC보다 PAHs와 PCBs를 더 많이 흡착한다고 하였고, 그 결과 HDPE, LDPE 및 PP를 포함한 플라스틱 제품은 PET와 PVC를 포함한 제품보다 해양 동물에 더 큰 위해를 줄 수 있다고 보고 되었다.

<다음에  3. 해양 미세플라스틱의 생태계 위해성이 이어집니다>