[이미디어= 황원희 기자] 기후변화와 플라스틱 오염은 전 세계적으로 서로 연결된 과제이다. 기온과 습도의 증가는 플라스틱의 물성을 변화시켜 폐기물, 미세플라스틱 발생, 유해물질 배출 등의 원인이 된다. 이러한 기후영향과 이를 이해하고 해결하기 위해서는 시급한 대책이 필요하다.
최근 네이처 커뮤니케이션지에는 이와 관련해 스웨덴 스톡홀름 KTH 왕립 공과대학 섬유 및 폴리머 기술부에서 플라스틱과 기후변화와의 상관관계에 대해 밝히고 있다. 지구의 평균 기온은 산업화 이전 수준보다 약 1 °C 높아졌으며, 이는 주로 거대한 온실가스 배출 때문에 더욱 가속화된다. 지구 온난화를 1.5 °C로 제한하는 파리 협정의 목표는 가까운 시일 내에 달성될 것으로 예상된다.
극단적인 지역적 폭염도 즉각적이고 현저한 기온 급등을 보이며, 때로는 정상 수준보다 10 °C를 초과한다. 2022년 극단적인 폭염으로 인해 많은 지역(예: 영국 40.3 °C, 모로코 스마라 49.1°C)에서 기온에 대한 기록돌파가 있었다. 2023년에도 이러한 추세는 계속되어 7월이 역대 가장 더운 달로 기록되었다. 폭염의 빈도, 강도 및 지속 시간도 모두 증가했다. 2023년 7월 애리조나주 피닉스에서는 하루를 제외한 모든 날의 최고 기온이 110 °F(43 °C)을 초과했다. 높은 기온은 과도한 사망률, 산불 및 농사의 수확량 저하를 포함해 생태계와 사회에 심각한 영향을 미친다. 앞으로 폭염은 강화된 지구 온난화와 발달하는 엘니뇨 조건으로 인해 더욱 강력하고 빈번하며 장기화될 것으로 예상되면서 더욱 악화될 것으로 보인다. 또한 따뜻한 대기는 수분의 증발을 증가시키며, 온도가 1 °C 상승할 때마다 포화 공기는 7 % 더 많은 수증기를 보유할 수 있다. 대기의 평균 수분 함량은 1970년대 이후 약 4 % 증가했다.
폴리머 재료, 주로 플라스틱 및 고무는 온도 및 수분 변동에 민감하게 반응한다. 온도가 상승함에 따라 폴리머는 열 팽창을 겪는데 이는 물성 저하로 이어진다. 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 폴리염화비닐과 같은 일반적으로 사용되는 플라스틱은 23/24에서 40℃로 서비스 온도가 상승함에 따라 강성이 20% 이상 감소할 수 있다. 크리프(일정하거나 변화하는 하중 하에서 재료의 느린 변형 과정) 및 응력 완화(지속적인 변형 하에서 응력 반응의 감소)와 같은 기계적 특성의 시간 의존적 변화도 가속화될 것으로 보인다. 또한, 온도 상승은 식품 보존에 필수적인 가스 및 수증기 장벽 특성과 같은 다른 중요한 특성에 부정적인 영향을 미친다. 예를 들어, 일반적인 가스 장벽 폴리머인 에틸렌 비닐 알코올은 온도가 23에서 40℃로 증가함에 따라 산소 장벽 효율이 75% 이상 감소하여 잠재적으로 식품 부패로 이어질 수 있다.
이러한 즉각적인 영향 외에도 온난화 기후는 장기적인 물성 손실을 가속화한다. 폴리머는 시간이 지남에 따라 산화, UV 분해, 가수분해, 생분해 및 첨가제 이동을 포함하는 열, 빛, 수분, 화학 물질 및 기계적 스트레스와 같은 요인으로 인해 분해되며 노화된다. 이 모든 과정에서 온도가 중요한 요소이다. 아레니우스 법칙에 따르면 분해 속도는 온도가 증가함에 따라 기하급수적으로 증가하며 플라스틱 분해의 경우 평균 활성화 에너지는 50kJ/mol이며 온도가 10도 상승할 때마다 분해 속도는 13배 증가한다.
열가소성 전분 및 기타 생체고분자, 폴리아미드 및 폴리에스테르와 같은 흡습성 고분자의 경우 습한 조건이 온도 상승의 부정적인 효과를 더할 수 있다. 물은 흡수가 크기 때문에 더 부드럽고 약한 물질로 이어지는 시스템에서 강력한 "가소제"가 된다. 물 흡수는 또한 크리프 속도를 증가시키고 가수분해를 통해 분해될 위험을 증가시킬 수 있다.
따라서 더욱 따뜻한 기후는 폴리머를 더 가혹한 조건에 노출시키며, 이는 단기 및 장기에서 플라스틱 물성의 열화를 초래한다. 이는 플라스틱 부품 및 제품의 더 빈번한 고장으로 이어지며, 내구성 감소 및 수명 단축을 초래한다. 결과적으로, 고장 난 제품은 종종 교체가 필요하여 플라스틱 폐기물의 발생을 증가시키고 플라스틱 오염의 문제를 악화시킨다. 광범위하게 분해된 플라스틱 폐기물은 일반적으로 물성 손실로 인해 전통적인 재활용에 적합하지 않으며, 이러한 폐기물은 현재 플라스틱 폐기물 관리 시스템에서 제외되고 육상 및 수중 환경에 투기될 가능성도 커진다.
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