새로운 연구는 물에서 가벼운 원유 유출(crude oil spills)을 정화시키는데 사용될 수 있는 생물 분해가 가능한 녹색 유출 제거 시약을 제안했다. 해양환경에 풍부한 식물 기반의 작은 분자 피톨(phytol)에서 유래한 물질은 현재 사용되고 있는 화학적 유출 제거 시약을 대체할 수 있다고 동 연구는 제안하고 있다.

미국 뉴욕 시립대학(CCNY; City College of New York) 소속의 화학자인 George John이 주도하는 연구진은 물에 대한 가벼운 원유 유출을 정화시키기 위하여 사용될 수 있는 환경 친화적인 녹색 유막 제거 시약을 개발했다.

John에 따르면, 가장 잘 알려진 화학적 유출 제거 시약은 화학적으로 안정적이며 비생물 분해성이다. 따라서 이러한 화학적 시약은 수년 동안 해양 생태계에 남아 있다. 연구진의 목표는 현재 실리콘 기반의 고분자에 대한 대안으로 환경 친화적인 분자를 개발하는 데 있다.

유출 제거 시약(herding agents)은 해수와 같은 액체에 추가될 때 표면 장력이 감소되는 표면 활성 분자(계면 활성제, surfactant)의 일종이다. 오일 유출에 사례에서, 유출 제거 시약은 유출된 유막(oil slick)의 주변을 따라 추가될 때, 유출 제거 시약이 유막을 축소 및 약화시키거나 유막을 밀어 올려 수거 또는 연소될 수 있게 해준다.

원유 유출은 해양 생태계와 환경을 상당히 위협하고 있다. 물에 가벼운 원유 유출이 일어날 때, 유출된 원유는 오일 유출 반응의 어떤 방법에 의해 정화되기 어려운 얇은 층을 형성한다. 이러한 환경 하에서, 화학적 유출 제거 시약으로 명명되는 특별한 유형의 양친매성 물질(amphiphile)이 유출된 오일 주변의 물 위에 분사된다. 양친매성 물질은 물표면 위에 단일 분자 층을 형성하여, 공기-해수 사이의 표면 장력(surface tension)을 감소시키고, 유막(oil slick)을 축소시켜, 현장에서 연소될 수 있는 두꺼운 덩어리를 형성한다.

현재 가장 잘 알려진 화학적 유출 제거 시약은 화학적으로 안정하고 비생물 분해성이다. 따라서 이러한 물질은 수년 동안 해양 생태계에 남아 있게 된다. 연구진은 현재 사용되고 있는 화학적 유출 제거 시약을 대체할 수 있는 대안으로 해양 환경에서 풍부한 식물 기반의 작은 분자인 피톨에서 유래한 환경 친화적이며, 효과적인 녹색 유출 제거제를 개발했다.

피톨은 양쪽 친매성의 소수성 물질을 형성하는 이소프렌 단위(isoprene unit)가 규칙적으로 가지를 뻗어나간 고리로 이루어진다. 고리는 극성 그룹을 형성하기 위하여 양이온 그룹(cationic group)으로 에스테르화됐다. 에스테르 결합(ester linkage)은 피톨에 있는 알킬기 결합(allyl bond)에 인접해 있다. 알킬기 결합은 해수 표면에 흡착된 후 양친매성 물질의 유출 제거 공정을 유지하기 위하여 표면 위에 남아 있는 가수 분해되지 않은 유출 제거 시약과 함께 피톨 소수성 꼬리로 가수 분해를 촉진한다. 또 양이온 그룹은 수체에 용해된다.

피톨 소수성 꼬리의 실제적인 분해와 양이온의 희석은 이러한 희생적인 양쪽 친매성 물질을 환경 친화적으로 만들어준다. 피톨 기반의 양쪽 친매성 물질의 유출 제거 행동 양식은 얼음처럼 차가운 물에서 뜨거운 물에 이르는 범위에 대한 다양한 조건 하에서 피톨 기반의 양쪽 친매성 물질의 다재 다능성(versatility)을 조사하기 위하여 시간, 온도, 물의 염도 등의 함수로 평가됐다. 녹색 화학적 유출 제거 시약은 10분 동안의 첫 실험이 이루어지는 동안 유막을 각각 5°, 20° 및 35°C 등에서 ~500 %, 700 % 및 2500 %까지 유막을 축소시켰다. 이러한 수치는 실제로 사용되고 있는 현재 가장 우수한 화학적 유출 제거 시약에 상응하는 것이다.

계면 행동 양식을 이해하는 것은 차세대 친환경 유출 제거 시약을 고안하는 데 중요하다고 CCNY 소속의 화학 공학부 교수인 Charles Maldarelli는 밝혔다. 

 

[출처 = KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』/ 2015년 7월 2일]