[스위스] 강·호수서 미세플라스틱 질량 측정 모델 연구 개발

스위스 연방재료과학 기술연구소(Empa), 호수·강에서 미세플라스틱 농도 계산하는 데 사용될 수 있는 모델 개발

스위스, 매년 1만4천톤의 폐플라스틱 토양과 물에서 나와… 미세플라스틱 15톤이 스위스 강·호수로 들어가

새로운 학술지 『네이처 워터(Nature Water)』최근호에 발표

 

미세플라스틱이 환경으로 들어가는 방법 중 하나는 더 큰 플라스틱 조각의 분해와 마모이다. [사진출처(Photo source) = 스위스 연방 재료 과학 기술 연구소(Empa)]

미세플라스틱이 환경으로 들어가는 방법 중 하나는 더 큰 플라스틱 조각의 분해와 마모이다. [사진출처(Photo source) = 스위스 연방 재료 과학 기술 연구소(Empa)] 미세플라스틱(microplastics)으로도 알려진 5밀리미터(mm) 미만의 크기의 플라스틱 입자는 종종 원래 위치에서 멀리 떨어진 곳에 가라앉는다. 

스위스 연방 재료 과학 기술 연구소(Swiss Federal Laboratories for Materials Science and Technology ; Empa 이하 ‘엠파’) 연구원들은 이제 스위스의 호수와 강에서 미세플라스틱의 농도를 계산하는 데 사용될 수 있는 모델을 개발했다.

매년 1만4천 톤의 플라스틱이 스위스의 토양과 물에서 나온다. 부분적으로는 미세플라스틱의 형태이다. 미세에서 밀리미터 범위의 입자들이다. 미세플라스틱은 화장품이나 합성섬유 의류와 같은 많은 원천에서 나온다. 이 작은 입자들은 또한 매크로 플라스틱(macroplastics)이라고 불리는 더 큰 플라스틱 조각들의 마모와 분해에 의해 생성된다.

작은 크기 때문에 미세플라스틱 입자는 쉽게 수로로 들어간다. 매년 약 15톤의 미세플라스틱이 스위스의 강과 호수로 들어간다. 물 속에서 그들의 농도를 측정하는 것은 쉬운 일이 아니다. 왜냐하면 작은 중합체 조각들은 종종 자연 유래의 입자들과 구별하기 어렵고, 그들의 양은 측정 시간과 장소뿐만 아니라 측정 방법에 따라 크게 다르기 때문이다.

가장 일반적인 7가지 플라스틱

예를 들어, 스위스 전체와 같은 더 큰 지역의 강과 호수의 미세플라스틱 오염에 대한 개요를 얻기 위해서는 측정만으로는 종종 불충분하다. 그렇기 때문에 엠파(Empa) 연구원인 데이비드 메네키스(David Mennekes)와 베른트 노왁(Bernd Nowack)은 전국적으로 수중에 있는 미세플라스틱의 농도를 예측할 수 있는 연방 환경청(Federal Office for the Environment ; FOEN)의 모델을 개발했다.

그 근거로 연구원들은 2020년에 개발된 모델을 사용했는데, 이 모델은 포장, 직물, 섬유,  단열재 및 농업용 필름에 사용되는 폴리에틸렌(LD-PE 및 HD-PE), 폴리프로필렌(polypropylene), 폴리스티렌(polystyrene), PVC 및 PET 등 7가지 가장 일반적인 중합체가 매크로 및 마이크로 플라스틱으로 환경에 방출되는 양과 양을 보여준다.

“플라스틱이 어디서 얼마나 많은 양으로 환경에 유입되는지를 보여줄 수 있게 된 후, 논리적인 다음 단계는 플라스틱의 농도를 보여주는 것이었다”라고 베른트 노왁(Bernd Nowack) 연구원은 설명한다.

크기가 5 밀리미터 미만인 플라스틱 조각(미세플라스틱)들은 쉽게 물 속으로 들어가게 된다. [사진출처(Photo source) = 스위스 연방 재료 과학 기술 연구소(Empa)]

 

대도시들은 수역을 오염시키고 있다

새로운 모델에 따르면, 스위스 바다로 유입되는 미세플라스틱의 약 절반이 스위스에 남아 있다고 한다. 전체 양의 약 3분의 1은 호수에, 나머지는 강에 정착한다.

하지만, 미세플라스틱의 정확한 분포는 복잡할 수 있다. 긴 강은 짧은 강보다 더 많은 입자를 자동으로 보유하지 않는다. 오히려 강 유역, 보루(둑), 호수가, 강 등에 얼마나 많은 미세플라스틱이 남아 있는지 그리고 얼마나 더 많이 운반되는지를 결정한다.

특히 높은 수준의 미세플라스틱 오염은 주요 도시의 하류에서 발견될 수 있다. 바젤(Basel) 근처의 라인 강(Rhine  river)에는 미세 플라스틱이 가장 많이 함유되어 있다. 그 강은 매년 약 4천500톤의 그것들을 독일로 운송한다. 

이것은 또한 아레 강(Aare  river)이 지류인 로이스(Reuss) , 림마트(Limmat)와 함께 라인 강으로 흘러 들어가기 전에 스위스에서 가장 큰 세 도시인 베른(Bern), 취리히(Zurich), 루체른(Lucerne)을 배수하기 때문이다.

베른트 노왁(Bernd Nowack) 연구원은 “측정은 특정 위치에서만 가능하다. 반면에, 우리의 모델로, 우리는 전국적으로 미세 플라스틱 부하를 계산할 수 있다”라고 요약한다.

노왁 연구원은 특히,“그것은 우리가 행동 변화나 정부의 조치가 미세플라스틱 농도에 어떤 영향을 미치는지 추정할 수 있게 해준다”고 강조했다.

과학자들은 지난주에 그들의 연구 결과를 새로운 학술지 『네이처 워터(Nature Water)』에 발표했다.

가장 일반적인 7가지 중합체에 대한 스위스 강의 부유 미세 플라스틱 질량 분포(km당 그램 단위). [그래픽 출처(graphic source) = 스위스 연방 재료 과학 기술 연구소(Empa)]

 

이 모델은 다른 국가와 지역에도 적용될 수 있다. 한편, 베른트 노왁(Bernd Nowack)과 메네키스(David Mennekes)는 스위스에 집중하고 있다. 그들은 이미 물 속의 페트병과 비닐 봉지와 같은 거시적인 플라스틱의 양을 예측할 수 있는 비교 가능한 모델을 개발하고 있다. 다음 단계에서는 모델링된 플라스틱 농도를 사용하여 각 지역의 환경에 대한 위험을 추정할 수도 있다.

[원문보기]

How much microplastics is there in Swiss rivers and lakes?

Plastic particles less than five millimeters in size, also known as microplastics, often settle far away from their point of origin. Empa researchers have now developed a model that can be used to calculate the concentration of microplastics in Swiss lakes and rivers.

Every year, 14,000 tons of plastic end up in Swiss soils and waters, in part in the form of microplastics: Particles in the micro to millimeter range. Microplastics comes from many sources, such as cosmetics or synthetic fiber clothing. The tiny particles are also produced by abrasion and decomposition of larger pieces of plastic, so-called macroplastics.

Due to their small size, microplastics particles readily enter waterways. Around 15 tons of microplastics enter Swiss rivers and lakes every year. Measuring their concentration in water is not an easy task, because the tiny polymer pieces are often difficult to distinguish from particles of natural origin, and their quantity varies greatly with the time and place of measurement as well as with the measurement method.

Seven most common plastics

In order to get an overview of microplastics pollution in the rivers and lakes of a larger region, for instance for all of Switzerland, measurements alone are often insufficient. That is why Empa researchers David Mennekes and Bernd Nowack have developed a model for the Federal Office for the Environment (FOEN) that can predict the concentration of microplastics in waterbodies nationwide.

As a basis, the researchers used a model developed in 2020, which shows where and in what quantities the seven most common polymers are released into the environment as both macro- and microplastics: polyethylene (LD-PE and HD-PE), polypropylene, polystyrene and expanded polystyrene, PVC and PET, as used in packaging, textiles, insulation and agricultural films.

 "After we were able to show where and in what amounts plastic enters the environment, the logical next step was to show its concentration," Nowack explains.

Large cities are polluting water bodies

According to the new model, around half of the microplastics that enters Swiss waters remains in the country. Around a third of the total amount settles in lakes, the remainder in rivers. 

However, the exact distribution of microplastics can be complex: A longer river does not automatically retain more particles than a shorter one. Rather, the river basin, the barrages and the lakes determine how much microplastics remains in the river and how much is transported further.

Not surprisingly, particularly high levels of microplastics pollution can be found downstream from major cities. The Rhine near Basel contains the highest concentration of microplastics: The river transports around 4,500 tons of them toward Germany every year. This is also due to the Aare, which, together with its tributaries Reuss and Limmat, drains three of Switzerland's largest cities before flowing into the Rhine: Bern, Zurich and Lucerne.

"Measurements are only possible at specific locations. With our model, on the other hand, we can calculate the microplastics load throughout the country," Nowack sums up. "Furthermore, it allows us to estimate what effects behavioral changes or government measures would have on microplastics concentrations." The scientists published their findings last week in the new journal Nature Water.

The model can also be applied to other countries and areas. Nowack and Mennekes, meanwhile, are focusing on Switzerland. They are already developing a comparable model to predict the amount of macroplastics - such as PET bottles and plastic bags - in bodies of water. In a next step, the modeled plastic concentrations could also be used to estimate the risk to the environment in the respective regions.

[출처=스위스 연방 재료 과학 기술 연구소(Empa)(https://www.empa.ch/web/s604/mikroplastik-gewaesser) / 2023년 6월 12일]

[논문출처=『네이처 워터(Nature Water)』(https://www.nature.com/articles/s44221-023-00090-9) / 2023년 6월 8일]