연구
< (왼쪽부터) 건설및환경공학과 김영주 박사과정, 명재욱 교수 >
매년 여름 강과 호수를 초록빛으로 뒤덮는 녹조. 물을 탁하게 만드는 대표적인 수질오염 현상으로 알려져 있지만, 녹조가 버려진 비닐봉지 같은 플라스틱을 더 쉽게 부서지게 만들어 미세플라스틱 발생을 앞당길 수 있다는 사실이 우리 대학 연구진에 의해 처음 밝혀졌다. 이번 연구는 기후변화 시대, 수질오염과 플라스틱 오염을 함께 관리해야 한다는 새로운 방향을 제시했다.
우리 대학은 건설및환경공학과 명재욱 교수 연구팀이 캠퍼스 내 연못에서 채취한 시료를 이용한 생태계 모사 실험을 통해, 녹조현상이 저밀도 폴리에틸렌(Low-density Polyethylene, LDPE·비닐봉지 등에 사용되는 대표적인 플라스틱) 필름 표면의 미생물 생태계를 변화시키고 플라스틱의 초기 풍화(표면이 산화되고 미세한 균열이 생기는 과정)를 촉진한다는 사실을 규명했다고 29일 밝혔다.
< (위) KAIST 오리여못 채수 과정 및 채수 시료를 통해 제작한 미세 생태계. (아래) 부영양 조건 아래 플라스틱 표면 위 형성된 미생물 막 >
이번 연구는 자연환경에서 플라스틱 오염과 녹조를 일으키는 부영양화가 서로 영향을 주고받으며 새로운 생태학적 변화를 유도할 수 있음을 보여줬다는 점에서 의미가 크다.
강과 호수에 버려진 플라스틱은 시간이 지나면 표면에 다양한 미생물이 달라붙어 하나의 작은 생태계를 만든다. 이를 ‘플라스티스피어(plastisphere)’라고 한다. 플라스티스피어는 병원균과 미세플라스틱의 이동에 영향을 미치는 것으로 알려져 있지만, 심각한 수질오염인 녹조가 이 미생물 생태계에 어떤 영향을 미치는지는 거의 밝혀지지 않았다.
이에 연구팀은 햇빛의 양과 영양분 농도를 조절해 인위적으로 녹조를 유도한 미니 생태계(microcosm·자연환경을 실험실 규모로 재현한 실험환경)를 구축했다. 이후 6주 동안 플라스틱 표면에 형성되는 미생물막과 미생물 군집, 그리고 유전자 변화를 정밀 분석했다.
분석 결과, 부영양화(영양염이 과도하게 늘어나 녹조가 발생하는 현상) 환경에서는 남세균(cyanobacteria·대표적인 광합성 세균)과 다양한 일반 세균이 함께 늘어나면서 플라스틱 표면에 더욱 두꺼운 바이오필름(미생물막)을 형성했다. 또한 미생물을 서로 단단히 붙게 하고 플라스틱 표면에 잘 달라붙도록 돕는 점액성 물질인 세포외고분자물질(exopolysaccharide)을 많이 만드는 미생물도 크게 증가한 것으로 나타났다.
< 녹조 현상을 인위적으로 일으킨 조건과 그렇지 않은 대조군 간 달라진 플라스틱 생태계 >
이처럼 플라스틱 표면의 미생물 생태계가 달라지면서 플라스틱의 초기 풍화, 즉 표면이 산화되고 미세한 균열이 생기는 과정도 빨라졌다. 연구팀은 플라스틱의 산화와 초기 분해를 돕는 효소를 만드는 유전자를 가진 미생물이 부영양화 환경에서 더 많이 증가한 것을 확인했다.
실제로 적외선 분광기(FTIR)와 주사전자현미경(SEM)으로 분석한 결과, 플라스틱 표면에서는 산소와 반응해 산화된 흔적(카보닐기·하이드록실기)이 늘어났고, 잔금 형태의 미세한 균열도 더 많이 발견됐다. 이는 플라스틱이 더 쉽게 부서질 수 있는 상태로 변화했음을 보여준다. 연구팀은 특정 미생물 한 종이 아니라 광합성 세균과 일반 세균이 함께 이루는 미생물 생태계가 이러한 변화를 이끈 것으로 분석했다.
< (위) 플라스틱 산화 및 분해 초기 단계와 관련된 효소 유전자를 가진 미생물 분포도 >
명재욱 교수는 "이번 연구는 플라스틱 오염과 녹조를 각각의 문제가 아니라 서로 영향을 주고받는 하나의 환경 문제로 바라봤다는 점에서 의미가 크다”며 "기후변화로 녹조가 더욱 빈번해지는 만큼 수질 관리와 폐플라스틱 관리를 함께 고려하는 통합적인 환경관리 전략 수립에 중요한 근거가 될 것으로 기대한다”고 말했다.
이번 연구는 건설및환경공학과 김영주 박사과정생이 제1저자로 참여했으며, 연구 결과는 환경 분야 국제 학술지 ‘워터 리서치(Water Research)’에 2026년 5월 25일자로 게재됐다.
※ 논문명 : Eutrophication drives taxonomic and functional trajectories in plastic-associated biofilms, DOI: 10.1016/j.watres.2026.126183
(저자 정보 : 김영주 (KAIST, 제1 저자), Yijin Wang(HKUST), Wenqian Xu(HKUST), Charmaine C.M. Yung(HKUST), 명재욱(KAIST, 교신저자) 총 5명)
한편, 이번 연구는 과학기술정보통신부 한국연구재단의 우수신진연구사업과 KAIST 그랜드 챌린지 30 사업 (Grand Challenge 30 사업) 재원의 지원을 받아 수행됐다.
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매년 버려지던 낙엽이 농촌의 골칫거리인 폐플라스틱을 대체할 수 있는 자원으로 탈바꿈했다. 우리 대학 연구진이 낙엽으로 만든 생분해성 농업용 비닐을 개발해, 토양 오염의 원인으로 지목돼 온 기존 플라스틱 비닐 문제를 해결할 새로운 길을 제시했다. 우리 대학은 건설및환경공학과 명재욱 교수 연구팀이 캠퍼스와 대전 갑천 인근에서 수거한 낙엽을 활용해, 땅속에서 분해되는 친환경 농업용 멀칭 필름(mulch film·토양을 덮어 잡초를 억제하고 수분을 유지하는 농업용 비닐)을 개발했다고 30일 밝혔다. 이번 연구는 쓸모없이 버려지던 비식용 바이오매스(non-edible biomass·식량으로 사용되지 않는 식물성 자원)인 낙엽을 고부가가치 기능성 소재로 전환했다는 점에서 의미가 크다. 농업 현장에서 널리 사용되는 멀칭 필름은 잡초의 성장을 억제하고 토양의 수분을 유지하는 데 필수적인 자재다. 그러나 현재 사용되는 필름은 대부분 폴리에틸렌(Polyethylene,
2026-04-30 -
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2017-09-20