서론
현대 사회에서 플라스틱과 플라스틱 제품은 포장재, 건축, 자동차, 전자제품, 농업 등 다양한 분야에서 광범위하게 사용되고 있다. 전 세계 플라스틱 생산량의 급증은 미세플라스틱(Microplastics, MPs)과 나노플라스틱(Nanoplastics, NPs)으로 인한 심각한 환경오염 문제를 초래하였다. 이들 미세·나노 크기의 플라스틱 입자는 환경에서 장기간 잔존할 뿐 아니라, 가소제(plasticizers), 난연제(flame retardants) 등 다양한 첨가제와 잔류성 유기오염물질(persistent organic pollutants, POPs)을 포함하거나 흡착하여 생태계와 인간 건강에 부정적 영향을 미친다. 이러한 플라스틱 입자의 광범위한 확산은 전 지구적 생물학적 위험을 야기하고 있으며, 이에 대한 심층적 연구와 지속가능한 저감 전략의 적용이 시급히 요구된다.
- 미세플라스틱 및 나노플라스틱과 관련된 유해 화학물질 개요
플라스틱 필름 및 미세·나노 플라스틱 입자는 주로 폴리에틸렌(polyethylene(PE)), 폴리프로필렌(polypropylene(PP)), 폴리염화비닐 (polyvinyl chloride(PVC)), 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (polyethylene terephthalate(PET)), 폴리우레탄(polyurethane(PUR)) 등 다양한 고분자(polymer)에 의해 형성된다(Ahamad et al., 2022). 특히 플라스틱의 기계적·화학적 성질을 개선하기 위해 첨가되는 화학물질은 잠재적으로 높은 독성을 지닐 수 있다. 주요 화학물질군은 다음과 같다.
- Plasticizers(예: phthalates, adipates, trimellitates): 플라스틱의 유연성을 높이는 역할을 하지만, 고분자로부터 외부 환경으로 쉽게 이동하여 세포 대사, 내분비계, 생식 기능, 신경 발달에 영향을 주며 암을 유발할 수 있다(Vaughn, 2010; Behairy et al., 2021).
- 할로겐계 난연제(PBDEs, HBCD, TBBPA 등): 화재 안정성을 높이기 위해 첨가되지만, 환경오염, 생물농축을 유발하고 간, 생식기계, 신경계, 면역계에 부정적 영향을 미친다(Shaw et al., 2010; Hakk & Letcher, 2003).
- 안료, 정전기 방지제, 기타 보조 첨가제 또한 환경오염을 증가시키며 독성 영향의 복잡성을 확대한다(Pfaff, 2021).
이러한 첨가제에 장기간 노출되거나 축적될 경우 섭취, 흡입, 피부 접촉을 통해 활성산소 증가, 염증, 유전자 돌연변이, 내분비계 이상을 유발하여 인간과 동물에서 다양한 만성 질환을 초래할 수 있다(Duan et al., 2017).
- 생물학적 영향 및 건강 위험성
2.1 산화 스트레스와 염증
Phthalates 및 난연제는 활성산소종(ROS)의 생성을 증가시켜 DNA, 지질, 단백질을 손상시키며 세포 항상성을 파괴하고 지속적인 염증 반응을 유발한다(Kim et al., 2013; Duan et al., 2017).
2.2 내분비계 및 생식 장애
이들 화학물질은 에스트로겐, 안드로겐, 갑상선 호르몬 수용체의 기능을 방해하거나 과도하게 자극하여 생식 기능, 신경 발달 과정에 혼란을 야기하고, 태아 발달, 정자 질, 월경 주기에 악영향을 미칠 수 있다(Fiocchetti et al., 2021; Hales & Robaire, 2020).
2.3 세포 독성, 유전자 돌연변이 및 암
장기간의 노출은 DNA 손상뿐 아니라 유전자 복구 시스템을 교란하여 간, 신장, 갑상선 등 다양한 장기의 암 발생 위험을 높이고 면역 기능을 약화시킨다(Chen et al., 2018; Al-Harbi et al., 2021).
2.4 신경계에 미치는 영향
할로겐계 난연제는 도파민 및 세로토닌 시스템에 영향을 미쳐 행동 장애, 인지 기능 저하를 초래할 수 있다(Mariussen & Fonnum, 2001). 또한 뇌 내의 내분비 스트레스와 염증 반응은 알츠하이머, 파킨슨병 등 신경퇴행성 질환 위험을 증가시킬 수 있다.
2.5 영유아 및 취약 계층 위험
영유아, 태아, 임산부, 고령층은 발달 단계의 민감성 또는 독성물질 배출 능력 저하로 인해 노출 위험이 더 크고, 체내 축적도 증가할 수 있다(Zhu et al., 2018).
- 환경 및 생태 영향
미세·나노 플라스틱과 그 첨가제가 토양, 수계, 대기 환경으로 확산되면서 장기적인 오염원을 형성하고, 수산물 및 육상 생물의 먹이사슬에 축적될 수 있다(Bergmann et al., 2022; Rocha-Santos & Duarte, 2017). 이로 인해 생물다양성 감소, 생태계 개체군 붕괴, 천연자원 품질 저하 등 다양한 생태학적 피해가 발생한다.
- 지속가능한 저감 전략
미세·나노 플라스틱 및 관련 화학 오염을 해결하기 위해서는 다학제적 접근이 필요하다. 환경 친화적이고 지속가능한 해결책이 우선되어야 하며, 다음과 같은 전략들이 고려된다:
- 유해 첨가제를 대체할 수 있는 친환경 나노물질 개발
- 플라스틱 폐기물 관리 강화 및 효율적 재활용 시스템 구축
- 미세플라스틱의 구성 및 부착 독성물질을 정밀 분석할 수 있는 평가 기술 개발
- 환경 내 미세플라스틱의 여과 및 안전 분해 기술 적용(Pichtel & Simpson, 2023)
그림 1. 미세·나노 플라스틱 내 유해 화학물질의 근원 및 인간 건강·환경 영향 구조도
결론
Phthalates, adipates, trimellitates 및 할로겐계 난연제와 같은 유해 첨가제를 포함한 미세·나노 플라스틱은 인간, 동물 및 생태계에 심각한 영향을 미친다. 이러한 영향은 산화 스트레스, 내분비 교란, 유전자 돌연변이, 암, 신경계 질환 등을 포함한다. 지속가능한 저감 기술 개발, 친환경 소재 활용 확대, 배출원 관리 강화는 전 지구적 건강 보호와 생태계 균형 유지를 위해 필수적이다.