살아있는 로봇으로 미세 플라스틱 해결할 수 있을까? [고든 정의 TECH+]

전 세계 바다와 강, 호수가 모두 인간이 버린 플라스틱 쓰레기로 몸살을 앓고 있습니다. 썩지 않는 플라스틱은 그 자체로도 문제가 되지만, 수중 환경에서 마찰에 의해 5㎜보다 작은 미세 플라스틱 조각이 되면 더 큰 문제가 됩니다.

사실상 회수가 불가능해질 뿐 아니라 바닷속 플랑크톤과 잘 구분이 되지 않아 해양 생물들의 먹이가 되는 것입니다. 그리고 먹이사슬을 타고 올라가 결국 우리에게 되돌아옵니다. 과학자들은 미세 플라스틱을 제거할 수 있는 다양한 방법을 개발했지만, 아직 현실적인 대안을 찾아내지는 못했습니다. 작게 갈려 바다 전체에 퍼져 있는 무수히 많은 미세 플라스틱을 다시 건져내기 어렵기 때문입니다. 필터를 사용하면 될 것 같지만, 바닷물 전체를 거를 수도 없는 일이고 이 과정에서 미세 플라스틱보다 플랑크톤이나 다른 해양 생물이 걸릴 가능성이 더 커서 현실성이 떨어집니다.

체코 브르노 공대와 멘더 대학 연구팀은 살아 있는 마이크로봇(microbot, micro + robot의 합성어)이 해결책이 될 수 있는지 연구했습니다. 연구팀이 생각한 대안은 단세포 식물성 플랑크톤인 미세 조류를 마이크로 및 나노미터 크기 플라스틱을 흡수하는 소재로 사용하는 것입니다.

미세 플라스틱 제거에 작은 로봇인 마이크로봇을 사용하려는 시도는 이전부터 있었습니다. 사실 연구팀도 이전에는 산화티타늄 등을 이용한 마이크로봇을 개발했습니다. 하지만 금속 소재로 만든 마이크로봇은 설령 미세 플라스틱 제거 능력이 뛰어나다고 해도 생산 비용이 많이 들고 또 다른 환경 오염 문제를 일으킬 수 있습니다. 작은 크기 때문에 해양 생물이 먹이로 오해하고 섭취할 수 있고, 회수하지 못한 마이크로봇이 중금속 오염의 원인이 될 수 있습니다.

따라서 연구팀은 미세 조류(algae)를 대안으로 주목했습니다. 미세 조류 세포 표면에 있는 음전하가 미세 플라스틱을 끌어당기기 때문입니다. 하지만 이로 인해 진짜 플랑크톤을 먹은 해양 생물이 오히려 미세 플라스틱을 더 많이 섭취할 수 있습니다. 따라서 뭔가 다른 방법이 필요합니다.

연구팀은 미세 조류 표면에 자석에 반응하는 산화철(Fe3O4) 나노 입자를 결합해 살아 있는 바이오 하이브리드 마이크로봇을 만들었습니다. 연구팀은 이를 자기 조류 로봇(magnetic algae robots)이라는 뜻의 MARs로 명명했습니다. 물속에서 MAR 마이크로봇과 미세 플라스틱이 결합하면 자석으로 수집하는 방식으로 다른 생물에 영향을 최소화하고 미세 플라스틱만 제거하는 것입니다.

미세 조류는 바닷물과 햇빛만 있으면 저절로 증식하므로 쉽게 대량 생산할 수 있습니다. 여기에 저렴한 산화철 역시 저렴하고 쉽게 구할 수 있으며 자연적으로 흔해 환경 오염의 위험성이 낮습니다. 미세 조류는 배터리나 모터 없이 태양 에너지로 스스로 움직이기 때문에 다른 부품도 필요 없습니다.

산화철 나노 입자는 MRI에서 조영제 등으로 사용하는 물질로 소량 섭취 시 인체나 동물에 무해한 장점도 있습니다. 회수하지 못한 MAR 마이크로봇은 세포 분열을 거듭하면서 산화철 나노 입자가 줄어들어 보통의 미세 조류로 돌아갑니다. 이런 획기적인 기술만 있으면 미세 플라스틱 오염 문제를 쉽게 해결할 수 있을 것 같지만, 현실은 그렇지 않습니다. 물론 MAR 마이크로봇은 실험실 수조 안에서 나노 플라스틱 입자의 92%와 마이크로플라스틱 입자의 70%를 제거했습니다. 하지만 바다는 수조와 비교할 수 없을 정도로 큽니다.

현실적으로 바다에 있는 미세 플라스틱을 이런 방식으로 의미 있게 제거하기는 어려울 것으로 생각되고 생태학적으로 가치가 높은 연안이나 산호초, 강, 호수에서 다른 생물들에게 피해를 주지 않고 미세 플라스틱 농도를 낮출 수 있는 대안으로 보입니다.

여전히 플라스틱은 회수보다 버리지 않는 것이 최선의 방법입니다. 다만 이미 버린 건 할 수 없다고 생각할 게 아니라 결자해지의 자세로 우리가 버린 건 우리가 최선을 다해 해결하려는 자세가 필요합니다.

고든 정 과학 칼럼니스트 jjy0501@naver.com