생분해

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1. 개요

생분해는 미생물과 같은 생물학적 작용에 의해 물질이 자연적으로 분해되는 현상을 의미한다. 생분해는 생물학적 열화, 생물학적 분해, 동화 단계를 거치며, 플라스틱을 포함한 다양한 물질의 분해에 영향을 미치는 여러 요인이 존재한다. 생분해성 플라스틱은 사용 후 저분자 화합물로 분해되도록 설계되었으며, 퇴비화 가능 플라스틱은 퇴비화 조건에서 분해된다. 생분해 기술은 포장, 생산, 생물 의학 분야에 적용되며, 환경 오염, 사회적 불평등 문제와도 관련이 있다. 생분해성 관련 표준은 ASTM International 및 ISO 등에서 제공된다.

2. 생분해의 메커니즘

생분해 과정은 일반적으로 세 가지 주요 단계로 나눌 수 있다: 생물학적 열화, 생물학적 분해, 그리고 동화이다.^[3]

첫 번째 단계인 생물학적 열화는 재료의 표면에서 시작되는 변화로, 재료의 기계적, 물리적, 화학적 특성이 달라지는 것을 말한다. 주로 빛, 온도, 화학 물질과 같은 비생물적 요인에 의해 재료 구조가 약해지면서 다음 단계인 분해가 쉬워진다.^[3] 이 단계는 때때로 생물학적 분해와 동시에 진행되기도 한다.^[4]

두 번째 단계인 생물학적 분해는 고분자 물질의 결합이 끊어져 더 작은 단위인 올리고머나 단량체로 나뉘는 용해 과정이다.^[3] 이 분해는 주변 환경에 산소가 있는지 여부에 따라 호기성 소화(산소 있음) 또는 혐기성 소화(산소 없음) 방식으로 진행된다.^[7] 두 방식 모두 이산화탄소, 물, 잔류물, 새로운 생물량을 만들지만, 혐기성 소화에서는 추가로 메탄이 발생한다는 차이가 있다.^[8]

마지막 단계인 동화에서는 생물학적 분해를 통해 생성된 작은 물질들이 미생물 세포 안으로 흡수된다.^[3] 세포 안으로 들어온 물질들은 미생물의 에너지원(ATP)이 되거나 세포를 구성하는 요소(세포 구조)로 사용된다.^[3]

2. 1. 생물학적 열화

생물학적 열화는 생분해 과정의 첫 단계로,^[3] 재료의 기계적, 물리적, 화학적 특성을 변화시키는 표면 수준의 열화를 의미한다. 이 과정은 재료가 외부 환경의 비생물적 요인에 노출될 때 시작되며, 재료의 구조를 약화시켜 추가적인 분해를 용이하게 만든다. 생물학적 열화를 일으키는 주요 비생물적 요인으로는 압축(기계적), 빛, 온도, 그리고 주변 환경의 화학 물질 등이 있다.^[3] 일반적으로 생물학적 열화가 먼저 진행되지만, 경우에 따라서는 다음 단계인 생물학적 분해와 동시에 발생하기도 한다.^[4]

한편, Hueck은 생물학적 열화를 다른 관점에서 정의하기도 했다.^[5] 그는 이를 인간이 사용하는 재료에 대해 생물이 일으키는 바람직하지 않은 작용으로 보았는데, 예를 들어 건물의 석조 외관 파괴,^[6] 미생물에 의한 금속 부식, 또는 생물의 성장으로 인한 인공 구조물의 미관 변화 등이 여기에 해당한다.^[6]

2. 2. 생물학적 분해

생분해 과정은 크게 생물학적 열화, 생물학적 분해, 동화의 세 단계로 나눌 수 있다.^[3] 이 중 생물학적 분해는 고분자 내의 결합이 절단되어 그 자리에 올리고머와 단량체가 생성되는 용해 과정이다.^[3] 이 과정은 주로 미생물에 의해 이루어지며, 주변 환경에 산소가 있는지 없는지에 따라 크게 두 가지 방식으로 나뉜다. 산소가 있는 환경에서는 호기성 소화가 일어나고, 산소가 없는 환경에서는 혐기성 소화가 일어난다.^[7]

호기성 분해와 혐기성 분해는 몇 가지 중요한 차이점을 보인다. 두 과정 모두 이산화탄소, 물, 잔류물, 새로운 생물량을 생성하지만, 혐기성 분해에서는 추가로 메탄이 발생한다는 점이 다르다.^[8] 일반적으로 분해 속도는 호기성 분해가 혐기성 분해보다 빠르지만, 물질의 부피와 질량을 줄이는 데는 혐기성 분해가 더 효과적이다.^[7]

2. 2. 1. 호기성 분해

고분자의 생물학적 분해는 고분자 내의 결합이 절단되어 올리고머와 단량체가 생성되는 용해 과정이다.^[3] 이러한 재료를 분해하는 데 필요한 단계는 시스템 내 산소의 존재 여부에 따라 다르다. 산소가 있을 때 미생물에 의한 재료의 분해는 호기성 소화라고 하며, 산소가 없을 때의 재료 분해는 혐기성 소화이다.^[7]

호기성 소화 과정에서는 이산화탄소, 물, 어떤 종류의 잔류물 및 새로운 생물량(biomass)이 생성된다.^[8] 이는 혐기성 반응과 주요한 차이점인데, 혐기성 반응은 메탄을 생성하는 반면, 호기성 반응은 그렇지 않다.^[8] 또한, 호기성 소화는 일반적으로 혐기성 소화보다 더 빠르게 발생한다.^[7]

호기성 생분해 과정은 다음 화학식으로 나타낼 수 있다.

:C_polymer + O₂ → C_residue + C_biomass + CO₂ + H₂O

2. 2. 2. 혐기성 분해

산소가 없는 환경에서 미생물에 의해 고분자와 같은 유기물이 분해되는 과정을 혐기성 소화라고 한다.^[7] 이 과정에서는 메탄(CH₄), 이산화탄소(CO₂), 물(H₂O), 잔류물, 그리고 새로운 생물량이 생성된다.^[8]

혐기성 소화는 산소가 있는 환경에서 일어나는 호기성 소화와 몇 가지 차이점을 보인다. 가장 큰 차이는 혐기성 반응에서는 메탄이 생성되지만, 호기성 반응에서는 생성되지 않는다는 점이다.^[8] 또한, 일반적으로 호기성 소화가 혐기성 소화보다 더 빠르게 진행되지만, 혐기성 소화는 물질의 부피와 질량을 줄이는 데 더 효과적이다.^[7]

이러한 특징 덕분에 혐기성 소화 기술은 폐기물의 부피와 질량을 줄이고 천연가스를 생산할 수 있어, 폐기물 관리 시스템이나 지역 사회의 재생 에너지원으로 널리 활용된다.^[9]

혐기성 생분해 과정은 다음과 같은 화학식으로 나타낼 수 있다.

:C_polymer → C_residue + C_biomass + CO₂ + CH₄ + H₂O

2. 3. 동화

동화 단계에서는 생물학적 분해로 생긴 생성물이 미생물 세포 안으로 합쳐진다.^[3] 분해 생성물 중 일부는 막 수송체를 통해 세포 안으로 쉽게 옮겨진다. 하지만 다른 생성물들은 세포 안으로 들어갈 수 있는 형태로 바뀌기 위해 생물 전환 반응을 거쳐야 한다. 세포 안으로 들어간 생성물은 이화 작용 경로를 따라 아데노신 삼인산(ATP)을 만들거나 세포 구조를 이루는 요소가 된다.^[3]

3. 생분해 속도에 영향을 미치는 요인

실제로 거의 모든 화학 화합물과 물질은 생분해 과정을 거치지만, 중요한 것은 분해에 걸리는 시간, 즉 상대적인 속도이다. 분해 속도는 며칠이나 몇 주가 걸릴 수도 있고, 몇 년 또는 수 세기가 걸릴 수도 있다. 유기 화합물의 분해 속도를 결정하는 요인으로는 빛, 물, 산소, 온도 등이 있다.^[10]

특히 많은 유기 화합물의 분해 속도는 생물학적 이용 가능성에 의해 제한받는다. 생물학적 이용 가능성이란 어떤 물질이 시스템에 흡수되거나 생리학적 활동 현장에서 이용 가능하게 되는 속도를 의미한다.^[11] 이는 생물체가 화합물을 분해하기 전에 먼저 용액으로 방출해야 하기 때문이다.

3. 1. 생분해성 측정

실제로 거의 모든 화학 화합물과 물질은 생분해 과정을 거치지만, 그 중요성은 분해 속도에 있다. 분해 속도는 며칠에서 수 세기까지 다양하며, 빛, 물, 산소, 온도 등 여러 요인의 영향을 받는다.^[10] 특히 유기 화합물의 분해 속도는 생물학적 이용 가능성, 즉 물질이 생물체에 흡수되거나 생리 활성 부위에서 이용될 수 있는 속도에 의해 제한되는 경우가 많다.^[11]

생분해 속도를 측정하는 방법은 여러 가지가 있다.

호흡 측정법: 호기성 미생물을 이용하는 대표적인 방법이다. 고체 폐기물 시료를 미생물과 토양이 담긴 용기에 넣고 공기를 통과시키면, 미생물이 시료를 분해하면서 이산화탄소(CO₂)를 생성한다. 이 CO₂ 발생량을 측정하여 분해 정도를 평가한다.^[12]
혐기성 분해 측정: 혐기성 미생물을 이용하여 분해 정도를 측정하는 방법이다. 미생물이 유기물을 분해할 때 생성하는 메탄 등의 가스 발생량을 측정한다.^[12]

제품 테스트 시 생분해 속도에 영향을 미치는 요소를 정확히 파악하는 것이 중요하다. 실험실에서는 최적의 조건에서 테스트가 이루어지지만, 실제 환경에서는 빛, 물, 미생물 활동 등 조건이 매우 가변적이기 때문에 실험실 결과와 실제 분해 속도가 다를 수 있다.^[13] 예를 들어, 실험실에서 빠르게 생분해되는 것으로 확인된 물질이라도 매립지와 같이 빛, 물, 미생물 활동이 부족한 환경에서는 분해가 잘 이루어지지 않을 수 있다.^[14]

따라서 환경에 큰 영향을 미치는 생분해성 제품에 대한 신뢰성 있는 표준 테스트 방법의 개발과 적용이 매우 중요하다. 이를 통해 실제 환경에서도 효과적으로 생분해되는 제품이 생산 및 상용화될 수 있도록 보장해야 한다.^[15] 이러한 목적으로 개발된 테스트 표준 중 하나로 DINV 54900이 있다.^[16]

생분해성 평가는 다음과 같은 다양한 표준 시험법을 통해 이루어진다.^[63]

주요 생분해성 평가 표준 시험법
구분	표준 기관 및 시험법
용이 생분해성
본질적 생분해성
수계 시뮬레이션 시험
하수 처리(STP) 시뮬레이션 시험
혐기적 분해성
토양 및 저질 중 분해
일본 공업 규격 (JIS)

3. 2. 해양 및 육상 환경에서의 생분해 시간

일반적인 해양 쓰레기 품목의 평균 추정 분해 시간. 플라스틱 품목은 파란색으로 표시되어 있다.

해양 환경에서 화합물이 생분해되는 대략적인 시간^[17]
제품	생분해 시간
종이 타월	2–4주
신문	6주
사과 심	2개월
판지 상자	2개월
왁스 코팅된 우유 팩	3개월
면 장갑	1–5개월
양모 장갑	1년
합판	1–3년
페인트칠된 나무 막대	13년
비닐 봉투	10–20년
깡통	50년
일회용 기저귀	50–100년
플라스틱 병	100년
알루미늄 캔	200년
유리 병	미정

육상 환경에서 일반적인 품목이 분해되는 기간^[1]
채소	5일 – 1개월
종이	2–5개월
면 티셔츠	6개월
오렌지 껍질	6개월
나뭇잎	1년
양모 양말	1–5년
플라스틱 코팅된 종이 우유 팩	5년
가죽 신발	25–40년
나일론 천	30–40년
깡통	50–100년
알루미늄 캔	80–100년
유리 병	100만 년
스티로폼 컵	500년 이상
비닐 봉투	500년 이상

4. 생분해성 플라스틱

생분해성 플라스틱은 사용 중에는 기계적 강도를 유지하지만, 폐기 후에는 미생물의 작용을 통해 저분자 화합물과 무독성 부산물로 분해되는 플라스틱 재료를 의미한다.^[18]^[4]

4. 1. 생분해성 플라스틱의 종류

생분해성 플라스틱은 사용하는 동안에는 기계적 강도를 유지하지만, 사용 후에는 저분자 화합물과 독성이 없는 부산물로 분해되는 재료를 의미한다.^[18] 이러한 분해는 주로 물에 녹지 않는 고분자 재료에 미생물이 작용하여 이루어진다.^[4] 생분해성 플라스틱은 화학적 합성, 미생물에 의한 발효, 또는 화학적으로 변형된 천연 생성물을 통해 얻을 수 있다.^[19]

플라스틱은 종류에 따라 매우 다른 속도로 생분해된다. 예를 들어, PVC는 생분해에 대한 저항성이 높아 하수 처리용 배관으로 사용되는 반면, 일부 포장재는 환경에 노출되었을 때 쉽게 분해되도록 개발되고 있다.^[20] 빠르게 생분해되는 합성 고분자의 예로는 에스터 결합이 물의 공격에 취약한 폴리카프로락톤, 다른 폴리에스터 및 방향족-지방족 에스터 등이 있다. 재생 가능한 자원으로 만드는 폴리락트산(PLA)과 폴리-3-하이드록시부티레이트도 대표적인 예이다. 셀룰로오스를 기반으로 한 아세트산 셀룰로오스나 셀룰로이드(질산 셀룰로오스) 역시 생분해가 가능하다.

혐기성 분해 조건에서는 플라스틱의 분해 속도가 더 느리다. 분해 과정은 특별히 설계된 퇴비 더미에서 가속될 수 있다. 전분 기반 플라스틱은 가정용 퇴비통에서 2~4개월 안에 분해될 수 있지만, 폴리락트산은 주로 분해되지 않아 더 높은 온도가 필요하다.^[21] 폴리카프로락톤 및 폴리카프로락톤-전분 복합체는 더 느리게 분해되지만, 전분 함량이 분해를 가속하는 역할을 한다. 그럼에도 불구하고 분해에는 여러 달이 소요된다.^[22]

2016년에는 일본 연구진에 의해 ''Ideonella sakaiensis''라는 박테리아가 PET를 생분해할 수 있다는 사실이 밝혀졌다. 2020년에는 이 박테리아의 PET 분해 효소인 PETase를 유전자 변형하고 MHETase와 결합하여 PET 분해 속도를 높이고, PEF까지 분해할 수 있게 되었다.^[23]^[24]^[25] 2021년에는 연구원들이 소의 위에서 얻은 미생물 혼합물이 세 가지 종류의 플라스틱을 분해할 수 있다고 보고하기도 했다.^[26]^[27]

많은 플라스틱 생산업체들은 자사 제품이 퇴비화 가능하다고 주장하며, 흔히 옥수수 전분 등을 성분으로 내세운다. 그러나 이러한 주장은 플라스틱 산업이 자체적으로 정의한 '퇴비화 가능' 기준(예: ASTM D 6002^[28])에 따른 것이어서 그 신뢰성에 의문이 제기되기도 한다.

4. 2. 퇴비화 가능 플라스틱

많은 플라스틱 생산업체들은 자신들의 제품이 퇴비화 가능하다고 주장하며, 종종 옥수수 전분과 같은 성분을 언급한다. 그러나 이러한 주장은 플라스틱 산업이 자체적으로 정의한 퇴비화 가능 기준에 따라 이루어지기 때문에 신중하게 받아들여야 한다. ASTM D 6002 표준에 따르면, 퇴비화 가능한 재료는 다음과 같이 정의된다.^[28]

퇴비화 장소에서 생물학적 분해를 거쳐 재료가 육안으로 구별되지 않고 이산화 탄소, 물, 무기 화합물 및 바이오매스로 알려진 퇴비화 가능한 재료와 일치하는 속도로 분해될 수 있다.

'퇴비화 가능'이라는 용어는 포장재의 생분해를 설명하는 데 흔히 사용되지만, 법적으로 정의된 기준이 존재한다. 유럽 연합(EU)은 퇴비화 가능 플라스틱에 대해 다음과 같은 네 가지 기준을 제시하고 있다.^[29]^[30]

'''화학 성분''': 휘발성 물질, 중금속, 불소 함량이 제한되어야 한다.
'''생분해성''': 6개월 이내에 원래 재료의 90% 이상이 생물학적 과정을 통해 이산화 탄소(CO₂), 물, 그리고 무기물로 변환되어야 한다.
'''분해성''': 원래 질량의 최소 90%가 2x2 mm 크기의 체를 통과할 수 있는 입자로 분해되어야 한다.
'''품질''': 최종 퇴비의 품질에 부정적인 영향을 미치는 독성 물질이나 기타 물질이 포함되지 않아야 한다.

5. 생분해 기술

생분해 기술은 제품 포장, 생산, 의학 분야에서 일부 응용되고 있는 확립된 기술이다.^[31] 그러나 생분해성과 제품 성능 사이의 상충 관계가 널리 사용되는 데 주요 장벽으로 작용한다. 예를 들어, 락타이드 기반 플라스틱은 기존 재료에 비해 포장 특성이 떨어진다.

CEN(유럽 표준 기구)는 옥소 생분해를 "산화 및 세포 매개 현상으로 인한 분해, 즉 동시에 또는 연속적으로 발생하는 분해"로 정의한다. 때때로 "옥소 분해 가능" 또는 "옥소 분해성"으로 설명되기도 하지만, 이 용어들은 초기 산화 단계만을 의미하므로 CEN 정의에 따른 옥소 생분해 과정을 거치는 재료에는 사용해서는 안 된다. 올바른 용어는 "옥소 생분해성"이다. 옥소 생분해성 제제는 생분해 과정을 가속하지만, 설정된 기간 동안 제품의 유용한 수명을 보장하고 이후 분해 및 생분해가 일어나도록 제제 내 성분 균형을 맞추는 데 상당한 기술과 경험이 필요하다.^[32]

생분해 기술은 특히 생물 의학 분야에서 활발히 활용된다. 생분해성 고분자는 의학, 생태학, 이중 적용의 세 그룹으로 분류되며, 기원에 따라 천연 및 합성의 두 그룹으로 나뉜다.^[1] Clean Technology Group은 초임계 이산화 탄소를 활용하는 기술을 개발했는데, 이는 실온과 고압 조건에서 생분해성 플라스틱을 이용해 고분자 약물 코팅을 만들 수 있는 용매이다. 이 고분자(반복적인 구조 단위를 가진 분자로 구성되어 긴 사슬을 형성하는 재료)는 신체에 주입하기 전에 약물을 감싸는 데 사용된다. 주로 신체에서 자연적으로 생성되는 화합물인 젖산을 기반으로 만들어져 체내에서 분해된 후 자연스럽게 배설될 수 있다. 이 코팅은 일정 기간 동안 약물이 서서히 방출되도록 설계되어, 필요한 주사 횟수를 줄이고 치료 효과를 극대화한다. 스티브 하우들(Steve Howdle) 교수는 생분해성 고분자가 약물 전달에 특히 유용하다고 설명한다. 일단 체내에 투입되면 회수하거나 추가 조작이 필요 없으며, 용해성이 있고 독성이 없는 부산물로 분해되기 때문이다. 또한, 고분자는 체내에서 분해되는 속도가 다양하므로, 원하는 약물 방출 속도에 맞춰 적절한 고분자를 선택할 수 있다.^[33]

다른 생물 의학적 응용 분야로는 생분해성이면서 탄성을 가진 형상 기억 고분자의 사용이 있다. 분해 가능한 열가소성 고분자를 이용한 생분해성 임플란트 재료는 이제 최소 침습 수술 절차에 사용될 수 있다. 이 고분자들은 온도가 올라가면 형상이 변하는 형상 기억 기능을 가지며, 봉합사 역시 쉽게 분해된다. 결과적으로, 임플란트는 작은 절개 부위를 통해 삽입될 수 있고, 의사는 복잡한 변형을 쉽게 수행할 수 있다. 또한, 수술 후 봉합사 및 기타 재료 보조 장치는 자연적으로 생분해된다.^[34]

6. 생분해와 퇴비화

생분해와 퇴비화는 자주 함께 언급되지만 서로 다른 의미를 가진다. 생분해는 박테리아나 곰팡이 같은 미생물 또는 다른 생물학적 활동에 의해 물질이 자연적으로 분해되는 것을 의미한다.^[35] 반면, 퇴비화는 특정 환경 조건에서 생분해가 일어나도록 인간이 주도하여 관리하는 과정이다.^[36] 즉, 생분해는 자연 발생적 과정이고 퇴비화는 인간 주도적 과정이라는 근본적인 차이가 있다.

생분해성 물질과 퇴비화 가능 물질 모두 이산화탄소, 물, 생물체 등으로 분해될 수 있지만, 퇴비화 과정에서는 부식(humus)이라 불리는 유익한 유기물이 추가로 생성되어 토양 개선에 도움을 줄 수 있다.^[38] 또한 퇴비화는 인간이 환경 조건을 최적화하여 생분해 과정을 가속하는 것이므로^[37], 일반적으로 자연적인 생분해보다 더 짧은 시간 안에 예측 가능한 결과물을 만들어낸다.

이 두 용어의 차이를 명확히 이해하는 것은 폐기물 관리에 있어 중요하다. 용어 혼란은 사람들이 생분해성 또는 퇴비화 가능 물질을 부적절하게 폐기하게 만들어, 이러한 물질들이 가진 환경적 이점을 제대로 활용하지 못하게 할 수 있다.^[44]^[45] 예를 들어, 퇴비화 시설로 보내져야 할 물질이 일반 쓰레기로 배출되면 제대로 분해되지 못하고 매립지에 쌓이게 된다. 따라서 올바른 분리배출을 위해 두 개념을 정확히 구분하는 것이 필요하다.

6. 1. 생분해

생분해는 박테리아나 곰팡이와 같은 미생물 또는 다른 생물학적 활동에 의해 물질이 자연적으로 분해되는 현상이다.^[35] 생분해에 대한 보편적인 정의는 없으며, 분해되는 데 걸리는 시간이나 특정 환경 조건에 대한 명확한 기준은 정해져 있지 않다. 생분해성 물질은 산소가 없는 혐기성 조건에서도 이산화탄소, 물, 생물체로 분해될 수 있다.

생분해와 자주 혼동되는 용어로 퇴비화가 있다. 퇴비화는 특정 환경 조건에서 인간이 주도하여 생분해가 일어나도록 관리하는 과정이다.^[36] 즉, 퇴비화는 최적화된 환경 조건을 통해 생분해 과정을 인위적으로 가속화시킨 것이다.^[37] 생분해는 자연 발생적이지만, 퇴비화는 인간의 개입이 필요하다는 점에서 근본적인 차이가 있다.

생분해성 물질은 이산화탄소, 물, 생물체로 분해되지만, 퇴비화 가능한 물질은 이들에 더해 무기 화합물로도 분해된다. 특히 퇴비화 과정에서는 부식(humus)이라고 불리는 유익한 유기물이 생성되어 토양을 비옥하게 만든다. 이 부식은 정원이나 농장에서 식물을 더 건강하게 키우는 데 사용될 수 있다.^[38] 퇴비화는 인간이 통제하기 때문에 더 짧은 시간 안에 일관된 결과를 얻을 수 있는 반면, 생분해는 다양한 환경 조건에 따라 분해 속도와 결과가 달라질 수 있다.

퇴비화는 크게 가정용 퇴비화와 상업용(또는 산업용) 퇴비화로 나눌 수 있다.^[37] 두 방식 모두 재사용 가능한 건강한 토양을 만드는 것을 목표로 하지만, 처리할 수 있는 물질의 종류에서 차이가 있다.

구분	주요 처리 대상	특징
가정용 퇴비화	음식물 쓰레기, 정원의 잡초 등	비교적 작은 규모, 특별한 기계 불필요
상업용 퇴비화	옥수수 기반 플라스틱, 나뭇가지 등 복잡한 식물 기반 제품	대규모 처리, 분쇄기 등 기계 사용, 더 다양한 물질 분해 가능

가정용 퇴비화는 주로 작은 규모로 이루어지며, 상업용 퇴비화에서 처리 가능한 단단하거나 큰 물질은 완전히 분해하기 어렵다. 한 연구에서는 가정용과 산업용 퇴비화 모두 장단점이 있다고 분석했다.^[40]

과학 연구에서도 퇴비화는 생분해의 한 범주 또는 특정 조건 하의 생분해로 다루어지기도 하지만^[41]^[42], 포장 산업 표준 등에서는 두 용어를 구분하여 사용하는 경우가 많다.^[43]

이러한 용어의 차이를 명확히 이해하는 것은 폐기물 관리 측면에서 매우 중요하다. 생분해 및 퇴비화 기술은 폐기물 처리 방식에 큰 발전을 가져왔지만^[45], 용어 혼란으로 인해 사람들이 물질을 잘못된 방식으로 폐기하면 그 효과가 사라진다.^[44] 예를 들어, 퇴비화 가능한 제품이 일반 쓰레기로 매립지에 버려지면 제대로 분해되지 않아 기술 개발의 의미가 퇴색된다. 따라서 시민들이 생분해와 퇴비화의 차이를 정확히 알고 올바르게 분리 배출하는 것이 중요하다.

6. 2. 퇴비화

퇴비화는 특정 환경 조건에서 생분해가 일어나도록 인간이 주도하는 과정이다.^[36] 생분해는 박테리아나 곰팡이 같은 미생물 또는 다른 생물학적 활동에 의해 물질이 자연적으로 분해되는 과정인 반면,^[35] 퇴비화는 인간이 환경 조건을 조절하여 진행한다는 점에서 차이가 있다.

생분해성 물질은 산소가 없는 혐기성 조건에서도 이산화탄소, 물, 생물체로 분해될 수 있지만, 분해 기간은 명확히 정해져 있지 않다. 퇴비화 가능한 물질 역시 이산화탄소, 물, 생물체로 분해되며, 추가적으로 무기 화합물로도 분해된다. 퇴비화 과정은 인간이 통제하기 때문에, 최적화된 환경 조건 속에서 생분해가 더 빠르게 진행되는 과정이라고 할 수 있다.^[37] 퇴비화의 최종 생성물은 원래 물질이 분해될 뿐만 아니라, 토양에 유익한 부식(humus)이라는 유기물을 생성한다. 이 부식은 정원이나 농장에서 식물을 더 건강하게 키우는 데 사용될 수 있다.^[38] 이처럼 퇴비화는 인간의 개입으로 더 정의된 과정이며 가속화되기 때문에, 자연적인 생분해보다 더 짧은 시간 안에 일관되게 이루어진다.

퇴비화는 진행되는 환경 조건에 따라 가정용과 상업용(산업용)으로 나눌 수 있다. 두 방식 모두 재사용 가능한 건강한 토양을 만드는 것을 목표로 하지만, 처리할 수 있는 물질의 종류에서 주요한 차이가 나타난다.^[37]

가정용 퇴비화: 주로 음식물 쓰레기나 잡초와 같은 정원에서 나오는 폐기물을 처리하는 데 사용된다. 일반적으로 규모가 작고 특별한 기계를 사용하지 않기 때문에, 복잡한 구조의 물질은 완전히 분해되기 어렵다.
상업용 퇴비화: 옥수수 기반 플라스틱이나 큰 나뭇가지처럼 더 복잡한 식물 기반 제품을 분해할 수 있다. 종종 분쇄기 같은 기계를 사용하여 물질을 물리적으로 먼저 분해하는 단계를 거친다.

한 연구에서는 가정용과 산업용 퇴비화를 비교하며 각각 장단점이 있다고 결론지었다.^[40] 일부 연구에서는 퇴비화를 과학적 맥락에서 생분해의 한 종류로 정의하기도 하지만,^[41] 화학적으로 가교된 폴리락트산(PLA)의 분해를 다룬 연구^[42]나 포장 산업의 생분해성 및 퇴비화 가능 물질 표준을 검토한 연구^[43] 등에서는 두 용어를 별개로 구분하여 사용하기도 한다.

생분해와 퇴비화 용어의 차이를 이해하는 것은 중요하다. 폐기물 관리에 대한 혼란은 사람들이 물질을 잘못된 방식으로 폐기하는 결과를 낳기 때문이다. 생분해 및 퇴비화 기술은 폐기물 처리 방식에 큰 발전을 가져왔지만, 사람들이 쓰레기, 재활용품, 퇴비화 가능 물질을 제대로 구분하지 못하면 그 효과는 떨어질 수밖에 없다.^[44] 생분해성 및 퇴비화 가능 물질은 인간이 버린 폐기물이 자연으로 돌아가거나(생분해), 토양에 영양분을 더하는 방식(퇴비화)으로 처리될 수 있도록 개발되었다.^[45] 만약 퇴비화 가능한 제품이 퇴비화되지 않고 일반 매립지로 보내진다면, 이러한 기술 개발의 의미는 퇴색될 것이다. 따라서 시민들이 두 용어의 차이를 명확히 이해하고 물질을 올바르게 분리하여 배출하는 것이 중요하다.

7. 생분해의 환경적, 사회적 영향

불법 투기 등으로 인한 플라스틱 오염은 야생 동물에게 심각한 건강 위협을 초래한다. 많은 동물이 플라스틱 조각을 먹이로 착각하여 섭취하며, 이는 소화 기관이 막히거나 얽히는 문제로 이어질 수 있다. 또한, 플라스틱 자체 또는 플라스틱과 함께 존재하는 폴리염화 바이페닐(PCBs), 노닐페놀(NP), 각종 살충제와 같이 분해가 매우 느린 화학 물질들이 환경으로 방출되어 야생 동물에게 섭취될 수 있다.^[46]

이러한 유해 화학 물질은 먹이 사슬을 통해 축적되어 결국 인간의 건강에도 영향을 미친다. 오염된 식품 섭취(생물 농축 및 생물 축적)는 암,^[47] 신경계 기능 장애,^[48] 그리고 호르몬 교란과 같은 심각한 건강 문제와 관련이 있는 것으로 알려져 있다. 최근 잘 알려진 생물 농축 사례로는 생선 속 수은 농도 증가가 있으며, 이는 인간의 성 호르몬 분비에 영향을 줄 수 있다는 연구 결과가 있다.^[49]

이처럼 생분해가 잘되지 않는 물질로 인한 오염은 단순히 환경 문제를 넘어 인간의 건강과 사회 전반에 걸쳐 복합적인 영향을 미치고 있으며, 이에 따른 경제적, 생태적, 사회적 비용 문제 또한 심각하게 대두되고 있다.^[50]^[51]^[54]^[55]^[56]

7. 1. 환경 오염의 경제적 비용

느리게 분해되는 플라스틱, 세제, 금속 및 기타 오염 물질로 인한 피해를 복구하려는 노력으로 인해 경제적 비용이 발생하고 있다.^[50] 특히 해양 쓰레기는 그 규모와 영향을 정확히 파악하고 해결하기 어렵다.^[50] 세계 무역 연구소의 연구자들은 정화 사업, 특히 해양 생태계 복원에 드는 비용이 연간 130억달러에 달한다고 추정한다.^[51]

가장 큰 우려는 해양 환경에서 발생하며, 주요 정화 노력은 바다에 형성된 거대한 쓰레기 지대에 집중되고 있다. 대표적인 예로 멕시코 면적과 비슷한 크기의 태평양 거대 쓰레기 지대(GPGP)가 태평양에 존재하며, 그 면적은 1e6 이상으로 추정된다.^[52] 이 쓰레기 지대는 플라스틱 병, 캔, 비닐봉지 등 눈에 보이는 쓰레기뿐만 아니라, 정화가 거의 불가능한 작은 미세 플라스틱으로 가득 차 있다.^[52] ''내셔널 지오그래픽''은 매년 약 3,800만 개에 달하는 생분해되지 않는 물질이 취약한 환경으로 유입되고 있다고 보고했다.^[53]

분해되지 않은 물질은 관벌레나 따개비와 같은 침입종의 서식지가 되기도 한다. 침입종의 유입으로 생태계가 변화하면 기존의 종 다양성, 자원 분포, 유전적 다양성 등 자연적인 균형이 깨지게 된다.^[54] 이는 어업이나 양식업과 같이 지역 생태계에 의존하는 경제 활동에 직접적인 타격을 주며, 관련 산업 종사자들은 어려움을 겪게 된다.^[55] 또한, 생태 관광에 크게 의존하는 해안 지역 사회는 해변과 해안가의 오염으로 인해 관광객 유치에 실패하면서 경제적 손실을 입는다. 세계 무역 연구소는 이러한 생분해 문제로 인한 피해가 정화 비용을 감당하기 어려운 개발도상국에 집중되는 경향이 있다고 지적한다.^[51] 이는 악순환으로 이어져, 해당 국가들이 자체적인 오염 문제를 해결하는 것을 더욱 어렵게 만든다.^[56]

7. 2. 환경 오염과 사회적 불평등

불법 투기 등으로 인한 플라스틱 오염은 야생 동물의 생존을 위협하고, 플라스틱에 포함된 폴리염화 바이페닐(PCBs), 노닐페놀(NP), 살충제 등 느리게 분해되는 화학 물질은 환경에 방출되어 생태계와 인간 건강에 해를 끼친다.^[46]^[47]^[48]^[49]

분해되지 않는 물질, 특히 플라스틱 오염은 심각한 경제적, 생태적 문제를 야기하며 사회적 불평등을 심화시킨다. 이러한 물질로 인한 피해를 복구하려는 노력에는 상당한 경제적 비용이 따른다. 특히 해양 쓰레기는 정량화하고 관리하기 어려운데,^[50] 세계 무역 연구소 연구자들은 정화 사업 비용, 특히 해양 생태계에서의 비용이 연간 130억달러에 육박한다고 추정한다.^[51]

가장 큰 우려는 해양 환경에서 비롯되며, 주요 정화 노력은 바다의 거대한 쓰레기 섬을 중심으로 이루어진다. 멕시코 면적 크기의 태평양 거대 쓰레기 지대는 그 대표적인 예로, 백만 평방 마일 이상으로 추정되는 이 지역에는 플라스틱 병, 캔, 봉투 등 눈에 띄는 쓰레기뿐만 아니라 정화가 거의 불가능한 작은 미세 플라스틱이 가득하다.^[52] ''내셔널 지오그래픽''은 매년 거의 3,800만 개에 달하는 생분해되지 않는 물질이 취약한 환경으로 유입되고 있다고 보고한다.^[53]

생태계 역시 큰 영향을 받는다. 분해되지 않은 물질은 관벌레나 따개비와 같은 침입종의 서식지가 될 수 있으며, 이는 기존 생태계의 자연스러운 균형을 깨뜨려 토착 종의 생존을 위협하고 자원, 유전자 다양성, 종 풍부성을 변화시킨다.^[54] 이러한 변화는 사냥 및 양식업과 같이 지역 경제를 지탱하는 산업에 직접적인 타격을 준다.^[55]

더 나아가, 생태 관광에 크게 의존하는 해안 지역 사회는 오염 축적으로 인해 해변이나 해안이 관광객에게 매력을 잃게 되면서 수입 감소라는 경제적 어려움에 직면한다. 문제는 이러한 생분해되지 않는 물질로 인한 피해가 사회 전체에 공평하게 분배되지 않는다는 점이다. 세계 무역 연구소는 생분해 문제의 영향을 가장 크게 받는 지역 사회가 아이러니하게도 정화 비용을 감당할 능력이 부족한 가난한 국가들이라고 지적한다.^[51] 이들 국가는 재정적, 기술적 한계로 인해 자체적으로 발생하는 오염원을 통제하는 데에도 어려움을 겪으며, 이는 오염 문제를 더욱 심화시키는 악순환으로 이어질 수 있다.^[56]

8. "생분해성" 용어의 유래

생물학적 맥락에서 biodegradable|생분해성^eng이라는 용어는 1959년에 처음 사용되었다.^[57] 이는 미생물이 물질을 무해한 성분으로 분해하는 과정을 설명하기 위한 것이었다. 현재 "생분해성"이라는 용어는 탄소 순환과 같이 지구의 자연적인 순환 과정의 일부로서 자연적인 요소로 분해될 수 있는 친환경 제품과 관련하여 일반적으로 사용된다.

9. 생분해성 관련 표준

생분해성은 다양한 국제 및 국가 표준에 따라 측정되고 평가된다.^[63] 주요 표준 기관으로는 ASTM International, 국제 표준화 기구(ISO), 유럽 연합(EU), 경제협력개발기구(OECD), 일본 공업 규격(JIS) 등이 있다.

과거에는 생분해되지 않는 물질이 환경 문제를 일으키기도 했다. 예를 들어, 1960년대에 하드 ABS 세제로 널리 사용된 분지쇄형 알킬벤젠술폰산나트륨은 폐수 중에서 미생물에 의해 분해되지 않고 잔류하여 토양 미생물을 사멸시키거나 하천 및 하수 처리장에 거품을 발생시켜 하수 처리를 방해하는 원인이 되었다^[61]. 이러한 문제로 인해 1970년대에는 생분해가 가능한 직쇄 알킬벤젠술폰산나트륨(LAS)으로 대체되었다^[62].

=== ASTM International 표준 ===

ASTM International에서는 플라스틱, 윤활제 등 다양한 재료의 생분해성 측정에 대한 표준 시험 방법을 제공한다. 주요 표준은 다음과 같다.

표준 번호	내용
D5210	하수 슬러지 존재 하의 플라스틱 재료의 혐기성 생분해성 측정에 대한 표준 시험 방법
D5338	통제된 퇴비화 조건(고온 온도 포함) 하의 플라스틱 재료의 호기성 생분해성 측정에 대한 표준 시험 방법
D5511	고형분 함량이 높은 혐기성 소화 조건 하의 플라스틱 재료의 혐기성 생분해성 측정에 대한 표준 시험 방법
D5526	가속화된 매립 조건 하의 플라스틱 재료의 혐기성 생분해성 측정에 대한 표준 시험 방법
D5864	윤활제 또는 그 구성 요소의 호기성 수생 생분해성 측정에 대한 표준 시험 방법
D5988	토양 내 플라스틱 재료의 호기성 생분해성 측정에 대한 표준 시험 방법
D6006	유압 유체의 생분해성 평가에 대한 표준 가이드
D6139	Gledhill Shake Flask를 사용한 윤활제 또는 그 구성 요소의 호기성 수생 생분해성 측정에 대한 표준 시험 방법
D6340	수성 또는 퇴비 환경에서 방사성 동위 원소 표지 플라스틱 재료의 호기성 생분해성 측정에 대한 표준 시험 방법
D6691	정의된 미생물 컨소시엄 또는 천연 해수 접종원을 사용한 해양 환경에서 플라스틱 재료의 호기성 생분해성 측정에 대한 표준 시험 방법
D6731	밀폐된 호흡계에서 윤활제 또는 윤활제 구성 요소의 호기성 수생 생분해성 측정에 대한 표준 시험 방법
D6954	산화 및 생분해의 조합으로 환경에서 분해되는 플라스틱 노출 및 테스트에 대한 표준 가이드
D7044	생분해성 난연성 유압 유체에 대한 표준 규격
D7373	생물 운동 모델을 사용한 윤활제의 생분해성 예측에 대한 표준 시험 방법
D7475	가속화된 바이오 반응기 매립 조건 하의 플라스틱 재료의 호기성 분해 및 혐기성 생분해성 측정에 대한 표준 시험 방법
D7665	생분해성 열 전달 유체 평가에 대한 표준 가이드

=== 기타 국제 표준 ===

생분해성은 조건과 목적에 따라 다음과 같이 분류되어 평가된다.

; 용이 생분해성 (Readily Biodegradability)

: 특정 조건 하에서 미생물에 의해 쉽게 분해되는 정도를 평가한다. 관련 표준으로는 OECD 시험 가이드라인 301A-F, EU C.4 테스트, 미국 환경보호청(EPA)의 OPPTS 835.3110, ISO 9408, 9439, 10707 등이 있다.

; 본질적 생분해성 (Inherently Biodegradability)

: 최적의 조건에서 물질이 분해될 수 있는 잠재력을 평가한다. 관련 표준으로는 OECD 시험 가이드라인 302A-C, EU C.9 및 C.12, ASTM E 1625-94 등이 있다.

; 수계 시뮬레이션 시험

: 실제 하천이나 호수 등 수계 환경과 유사한 조건에서 생분해성을 평가한다. 관련 표준으로는 ISO/DS 14952, ASTM E 1279-89(95), OPPTS 835.3170 등이 있다.

; 하수 처리(STP) 시뮬레이션 시험

: 하수 처리 시설과 유사한 조건에서 생분해성을 평가한다. 관련 표준으로는 OECD 시험 가이드라인 303A, ISO 11733, EU C.10 등이 있다.

; 혐기적 분해성

: 산소가 없는 조건에서의 생분해성을 평가한다. 관련 표준으로는 ISO 11734:1995(E), ASTM E 1196-92, OPPTS 835.3400 등이 있다.

; 토양 및 저질 중의 분해

: 토양이나 강바닥, 해저의 퇴적물(저질) 환경에서의 생분해성을 평가한다. 관련 표준으로는 OECD 시험 가이드라인 304A, OPPTS 835.3300 등이 있다.

=== 일본 공업 규격 (JIS) ===

일본 공업 규격(JIS)에서도 생분해성 플라스틱 등에 대한 표준(JIS K 6950, JIS K 6951, JIS K 6953, JIS K 6955)을 제공한다.

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생분해