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[고시레]

“희망을 던져주는 환경 나노, 그러나…” 그린 나노기술은 과연 안전한가? (상)

2008년 11월 17일(월)

나노기술이 뜨고 있다. 특히 우리가 당면하고 있는 환경문제를 해결할 구세주로 평가 받고 있다. 과연 그렇다고 단언할 수 있을까? 격월간지로 발행되고 있는 <리서치 이유(research*eu)>는 유럽연합(EU)의 과학대중화와 과학문화 노력에 앞장서고 있는 전문가들이 비영리 목적으로 만들고 있는 대중 과학학술지다. 과학의 미래를 진단할 뿐만 아니라 과학과 과학자의 윤리문제를 꼬집기도 한다. <리서치 이유>는 지난 6월호에 요즘 부상하고 있는 그린 나노(green nanotechnology)의 전망과 그에 따른 위험성을 날카롭게 분석했다. ‘The risk and promise of green nanotechnology’ 기사 내용을 정리해 세 차례에 걸쳐 싣는다.

▲ 유럽연합의 과학대중화 학술지 <리서치 이유>는 영어를 비롯해 독어, 불어, 스페인어 등 4개 국어로 출판되고 있다. 

과학과 기술이 인류에게 늘 편리함을 제공하는 것만은 아니다. 원자폭탄 개발과 그에 이어지는 강대국 간의 무한한 무기개발 경쟁은 엄청난 불안을 안겨다 주었다. 심지어 그로 인한 지구의 종말을 예고하는 학자들도 있다.

과학적 업적은 오류를 낳기도 한다. 세계적으로 위협받고 있는 식량난의 이면에는 바이오 에너지 개발에 상당한 책임이 있다. 쉽게 이야기해서 인류가 식량으로 먹어야 할 곡물이 에너지 개발에 사용되고 있기 때문에 식량가격이 폭등하고 있다는 이야기다.

이뿐만이 아니다. 바이오 에너지 연료를 개발하기 위해 엄청난 우림(雨林)과 삼림, 그리고 숲이 사라지고 있다. 이들 지역은 인간에게 청정한 산소를 제공하는 지구촌의 허파로 불려왔던 곳이다.

“바이오 에너지 개발로 인한 식량대란은 과학적 요류"

나노라는 단어의 사전적인 뜻은 10억분의 1을 나타내는 단위다. 고대 그리스어에서 난쟁이를 뜻하는 나노스(nanos)란 말에서 유래됐다. 1나노미터(㎚)라고 하면 10억분의 1m의 길이, 즉 머리카락의 1만분의 1이 되는 초미세의 크기를 말한다. 이를테면 원자 3∼4개가 들어갈 정도의 크기다.

나노기술은 다양하고 복합적인 기능을 갖는 나노 크기의 새로운 물질이나 장비를 만들어 궁극적으로 인류의 삶을 더 풍요롭게 할 수 있는 종합적인 과학으로 통하고 있다. 그렇기 때문에 물리, 화학에서부터 전자, 생명공학, 에너지, 의학, 환경에 이르기까지 나노기술의 응용은 무한하다고 할 수 있다.

이처럼 나노기술은 21세기의 새로운 과학으로 떠오르는 유망분야다. 우리에게 많은 장밋빛 청사진을 제공하고 있다. 그러나 만사(萬事)가 그렇듯이 나노기술도 한편으로 희망과 기회를 제공하는가 하면 또한 위험이 내포되어 있다. 동전의 양면은 늘 존재한다.

그린 나노란 청정기술(clean technology) 개발을 의미한다. 현재 우리가 사용하고 있는 제품을 나노 제품으로 대치해서 환경오염을 극소화하고 또 인간의 건강을 증진하기 위한 새로운 기술을 일컫는 말이다. 나노가 주는 잠재력은 대단하다. 그러나 그에 따른 위험도 존재한다는 것을 주목할 필요가 있다.

“나노가 주는 잠재력은 대단해”

실질적으로 도움이 될 것인지, 아니면 헛된 망상(pipedream)으로 끝날지는 아무도 장담할 수 없다. 그러나 환경 나노기술 시대가 열리면서 우리가 현재 당면하고 있는 환경문제와 관련해 새로운 기회와 희망을 불어 넣어 주고 있는 것은 사실이다.

과연 기대가 현실로 나타날까? 그리고 그러한 연구에서 나타날 위험성을 통제하는 일이 과연 가능할까?

▲ 나노기술은 21세기의 새로운 과학으로 떠오르는 유망분야이다 

나노의 환경문제와 관련해 영국의 왕립학회(Royal Society)는 단호한 해석을 내리고 있다. 나노입자와 나노튜브의 환경적 영향이 점점 분명하게 나타나고 있다. 그래서 나노입자와 튜브의 배출은 될 수 있는 한 피해야 한다는 것이다.

그러나 다른 지역과 마찬가지로 영국에서도 과학자들은 환경문제를 해결하기 위해서 나노기술을 사용하는 것은 당연하다고 생각하고 있다. 과학 커뮤니티 내에서 나노기술은 중요한 연구대상일 뿐만 아니라 상당한 인기를 누리고 있는 게 사실이다.

이탈리아에 본부를 두고 있는 유럽연합(EU)의 공동연구소(JRC) 자료에 따르면 2010년 환경 나노기술 시장은 61억 달러를 넘어설 것으로 보인다. 이처럼 그린 나노는 지구촌의 환경문제를 해결할 수 있는 새로운 대안으로 떠오르고 있다. 더구나 정부나 각종 국제규약조차도 그 효력을 발휘하지 못하는 현재 상황에서 그린 나노에 대한 기대는 대단하다.

“2010년 환경 나노기술 시장 61억 달러”

나노가 환경문제에 기적을 선사할 것이라는 기대는 여러 가지 이유에서다. 우선 나노기술에는 자기청정 코팅(self-cleaning coatings)이 있다. 그래서 공기와 열 절연물질, 공기와 물 여과기(filters)를 비롯해 화석연료에서 나오는 질소산화물을 제거하는 데 도움이 될 수 있다. 그러나 이러한 낙관론이 통하는 곳은 그리 많지 않다.

새로운 개념의 수소연료전지나 온실가스 감축을 위한 현실적인 방안으로 떠오르고 있는 탄소격리(carbon sequestration)가 결실을 맺으려면 아직도 많은 연구가 필요하다. 섣부른 기대는 금물이라는 것을 알아야 한다.

더구나 그린 나노의 자기청정코팅(self-cleaning coating)이나 오염통제물질(pollution control agents)을 실질적으로 응용하기에는 엄청난 비용이 뒤따른다는 것도 알아야 한다.

환경을 위한 그린 나노를 사용하려는 또 다른 이유는 철, 티타늄, 그리고 세륨과 같은 금속산화물 나노입자(metal oxide nanoparticles)의 강한 촉매력(catalytic power)에 있다. 물을 깨끗하게 하고 토양을 정화시킬 수 있기 때문이다.

특히 티타늄 산화물 나노필름으로 코팅을 하면 광촉매(photocatalysis) 과정을 통해 물 속의 병원성 유기오염 물질(pathogenic organic pollutants)을 분해시키고 미생물들도 단번에 없앨 수 있다.

“나노입자를 통해 물과 토양을 정화할 수 있어”

페록사네스(feroxanes)라는 철 나노입자를 이용해 필터를 만들려는 연구도 활발하게 진행되고 있다. 옥시수산화물(oxyhydroxide)을 녹인 다음 열을 가하면 나노입자와 입자 사이의 공간 크기만한 구멍이 있는 세라믹 필터(ceramic filter)가 만들어진다. 세륨 산화물과 같은 촉매입자와 함께 필터는 기계적 기능과 화학적 기능을 동시에 수행하면서 정화작용을 하는 것이다.

▲ 최근 급부상하고 있는 나노기술이 물과 토양을 정화시켜 환경문제를 해결해 줄 것이라는 기대가 많다. 

이뿐만이 아니다. 그린 나노는 토양오염을 살리기 위한 방법으로도 가능한 기술이다. 철 나노입자가 오염된 토양으로 들어가면 유기질소 성분이나 염소화탄화수소 물질들을 분해시켜 토양을 정화시킨다.

이러한 물질들은 환경오염물질 가운데서도 가장 오래 남는 성분들이다. 주로 살충제나 다이옥신과 같은 제초제, 그리고 비록 제조와 시판이 금지됐지만 토양과 해수에 오래 잔류하며, 인체에 들어갔을 때 간장과 피부에 상해를 주는 폴리염화비페닐에서 비롯된 물질들이다.

이처럼 그린 나노는 우리가 당면하고 있는 환경문제 해결에 장밋빛 청사진을 제공하고 있다. 미래도 밝다. 그렇다면 이러한 나노 기술은 자연과 환경에 대해서는 아무런 악영향을 끼치지 않는다고 장담할 수 있을까? 꼭 그렇지만은 않다. 해결해야 할 당면 과제들이 있다. (계속)

“나노의 생태계 영향, 검증된 것 없어” 그린 나노기술은 과연 안전한가? (중)

 2008년 11월 18일(화)

▲ 나노입자가 토양에 들어가면 산화 스트레스를 일으켜 토양을 해칠 수도 있다는 주장이 제기됐다. 

이미 설명했던 것처럼 그린 나노가 수질과 토양을 정화하여 인류가 환경오염으로부터 해방될 수 있다는 장밋빛 미래를 주는 것은 사실이다. 그러나 이러한 기대가 현실화되기 위해서는 몇 가지 장벽이 있다는 것을 알아야 한다.

우선 나노기술은 경계영역(interdisciplinary)이 모호한 과학이라고 할 수 있다. 물론 과거와 달리 최근에는 과학의 경계가 겹치는 경우가 빈번하다. 종래의 개별 또는 전문화된 학문분야에서 두 분야 이상에 걸치는 영역이 많다.

나노입자가 토양에 미치는 영향 알려진 바 없어

특히 우주과학과 같은 거대과학이 발전하면서 돌보지 않았던 영역의 연구가 근래에 급속히 진행되고 있다. 그러나 나노기술은 물리학, 생물학, 화학, 컴퓨터공학 등 모든 과학과 기술이 집중되는 분야다. 따라서 뚜렷한 학문적 지위를 얻기가 어렵고, 재정지원도 용이하지 않다.

두 번째로 나노가 과연 경제적으로 경쟁력 있는 기술인가에 대한 확실한 보장이 없기 때문에 이에 대해 자세하고 오랜 연구가 필요하다.

세 번째는 나노가 자연과 환경에 어떤 영향을 미칠 것인가에 대한 문제다. 사실 자연 유기체의 구조를 해체할 수도 있는 원자 크기의 나노입자의 소생태계(Biotope)가 어떤 영향을 미칠지에 대해 알려진 바가 없다. 흙 속의 산소에 미치는 영향에 대해 규명된 것이 전혀 없다.

프랑스의 국립과학연구소(CNRS)의 장 이브 보떼로(Jean-Yves Bottero) 박사는 “토양은 많은 철 성분 입자를 함유하고 있지만 외부로부터 금속성 철(metallic)이 들어오면 산화반응을 일으키게 된다”고 주장한다.

다시 말해서 유기체의 세포에 산화 스트레스(oxidative stress, 체내 산화라고도 함)를 일으켜 토양 내 생물체에 커다란 폐해를 가져올 수 있다는 것이다. 인체에서도 산화스트레스는 만병의 근원으로 꼽힌다. 산화반응은 결국 독성(toxicity)을 의미하는 말이다.

“나노입자, 산화반응을 일으켜 토양을 망칠 수도”

이러한 논리는 해양에서도 마찬가지로 적용될 것이다. 그러나 이미 많은 회사들이 철 나노입자들을 바다에 뿌리고 있다. 지구 온난화를 방지한다는 이유에서다. 수 톤에 이르는 나노입자가 바다로 방출됐다. 플랑크톤을 풍부하게 하고, 또 이산화탄소를 줄여 이산화탄소 배출권을 팔아보겠다는 생각에서다.

과연 그런가? 철 산화물이나 인공 플랑크톤이 해양생태계에 미치는 영향에 대해 진지한 연구는 거의 없는 상태다.

프랑스 환경보건안전국(AFSSET)의 기 파이요팅(Guy Paillotin) 국장의 말이다. “현재로서는 해양생태계에 뿌리고 있는 나노입자가 미치는 영향을 판단하는 간단한 방법이 없는 실정이다. 나노입자의 유독성에 대한 연구가 턱없이 부족하다.”

유럽위원회(EC)는 이러한 문제를 조심스럽게 바라보면서도 낙관적인 생각을 갖고 있다. 위원회는 양 갈래로 나뉘어 있다. 나노를 이용해 유럽 산업의 경쟁력을 강화하자는 측과 또 나노 과학과 기술을 좀 더 지켜보면서 안전하게 개발하고 사용하자는 측이다. 나노의 역효과가 무엇인지를 안 후에 이용해도 늦지 않다는 것이다.

“나노입자의 해양생태계 영향도 신중히 고려해야”

기술이 너무나 빠른 속도로 진화하고 있다. 자연과 인간의 안전성을 산업과 기술경쟁력에 맡길 수가 있을까? 잠재적 위험이 도사리고 있는 데도 말이다.

▲ 코린 르파주 전 프랑스 환경부 장관은 EU가 나노제품을 REACH에 포함시키는 데 실패했다고 비난했다. 

세계 3대 환경단체 가운데 하나인 ‘지구의 벗(Friends of Earth)’ 유럽지부는 유럽연합과 대화가 어렵다며 불만을 늘어 놓고 있다. 마치 유전자변형식품(GMOs)이 그랬듯이 토론을 시작하기도 전에 이미 나노상품이 홍수처럼 넘쳐흐를 것이라는 주장이다.

나노의 안전성에 대한 충분한 검증도 없이 상품화되는 것에 대해 유럽의회 의원으로 프랑스 환경부 장관을 지낸 코린 르파주(Corinne Lepage)는 “나노 생산품에 대해 규제가 전혀 없기 때문에 상황은 GMO 경우보다 더욱 심각하다”고 말했다.

르파주 전 장관은 “더구나 많은 단체들이 나노기술을 유럽의 환경규제협정인 리치(REACH) 규정에 포함시키려고 했으나 실패했다”고 털어놓았다.

신화학물질관리제도(REACH : Registration, Eval‎uation and Authorization of Chemicals)는 2007년부터 시행된 제도로 유럽 지역으로 수출하는 화학물질과 완제품에 대해 하나하나 등록을 해야 하고 EU 정부로부터 승인을 받아야 하는 아주 까다로운 초강력 환경규제다.

"나노의 장밋빛 미래에만 빠져 있지 말아야" 

지구 온난화에 대한 경각심을 일깨우기 위해 설립된 천연자원 수호위원회 (Natural Resources Defense Council, NRDC)의 선임연구원인 제니퍼 사스(Jennifer Sass) 박사도 나노에 의한 재매개(remediation)는 여론과 환경시민단체의 참여가 반드시 이루어져야 한다고 주장했다.

일부 전문가들은 사실 나노과학과 기술(N&N)이 태동하는 과정에서 나노가 인간 건강과 환경에 줄 영향에 대한 지식이나 연구는 간과됐다며 우려를 표시하고 있다. 나노가 질병치료 등 인간에게 엄청난 혜택을 줄 것이라는 내용에만 빠져 있었다.

가장 중요한 인간의 기본적인 권리, 그리고 나노가 야기할 과학적 도덕과 윤리 문제는 예나 지금이나 거의 거론되고 있지 않다.

나노는 충분히 좋은 기술일 수 있다. 그러나 이와 같은 꿈의 기술이 주는 영양을 과학적으로, 특히 환경적으로 충분히 검증되지 않은 상황에서 무차별적으로 이용된다면 자칫 재앙으로 연결될 수도 있다는 지적이다. (계속)

“나노가 21세기 구세주 되려면...” 그린 나노기술은 과연 안전한가?

(하) 2008년 11월 20일(목)

한편 유럽위원회는 골머리를 앓고 있다. 산업계의 이익을 대변해야 하는 책임이 있다. 또한 시민단체와 여론의 비난을 동시에 감수해야만 한다.

사실 미국 기업이 거의 독점하고 있는 유전자변형식품(GMOs)에 대한 기술은 유럽도 상당한 수준이었다. 그러나 과학적으로 입증되지 않았다는 이유로 시민단체들의 저항에 부딪치자 유럽은 손을 뗐다.

“유럽은 산업계의 이익과 반대 여론 때문에 골머리”

▲ 혈관 속을 헤엄치며 질병을 치료하는 나노로봇이 곧 등장한다. 그러나 나노가 인류에게 어떤 영향을 미칠지에 대해서는 별로 알려진 바가 없다. 

이 틈을 이용해 미국은 GMO를 대량생산해서 처음에는 가축 사료로, 이제는 엄연한 식량으로 세계곡물시장에서 큰 목소리를 내고 있다. 아프리카의 빈민국가나 개발도상국을 타깃으로 엄청난 양의 GMO를 수출하고 있다.

더구나 최근 식량대란으로 생긴 좋은 기회를 잘 이용하고 있다. 뿐만이 아니다. 그렇게 반대했던 유럽에서도 GMO가 싸다는 이유로 조금씩 시장을 잠식해 들어가고 있다. 유럽의 많은 나라들이 GMO를 금지하고 있지만 결국 개방될 수밖에 없을 것이라고 전문가들은 지적하고 있다.

유럽 산업계는 이러한 논리를 이용해 만약 유럽이 나노상품에 제약을 가한다면 유럽의 국제경쟁력이 미국을 비롯해 다른 기술 선진국에 뒤떨어질 것이라는 주장을 펴고 있다.

어떻게 처리하는 것이 좋은 방법일까? 나노상품에서 나타날 영향이 검증되지 않은 상태에서 나노시장을 무한정 개방하는 것이 좋은 일일까? 그렇다고 다른 나라들은 나노 개발에 열을 올리고 있는데 유럽은 영향평가 결과가 나올 때까지 팔짱 끼고 앉아서 기다리기만 해야 되는가?

유럽은 산업계와 환경단체의 목소리에 균형을 맞추기 위해 노력하고 있다. 그러나 미국의 경우는 다르다. 산업계는 환경단체의 목소리에 전혀 귀를 기울이지 않는 것 같다.

“미국은 유럽과 달리 저질러 놓고 보자는 식이죠”

나노테크의 개념을 처음으로 정립한 미국의 미래발전연구소(Foresight Institute)의 크리스틴 피터슨(Christine Peterson) 소장의 말이다. “유럽은 일을 착수하기 전에 여러 가지를 점검하고 난 뒤 시작하는 반면 미국은 우선 벌려놓고 나서 문제가 발생하면 고치려고 드는 경향이 많습니다”

피터슨 소장의 지적처럼 유럽은 정말 신중하게 행동하고 있는가? 이에 대해서는 보험사의 이야기를 들어보는 편이 좋을 것 같다. 왜냐하면 위험평가방법(risk-assessment methodology)은 손익을 따지는 가장 중요한 기준이 되기 때문이다.

영국의 유명한 로이즈 보험회사는 “나노가 환경과 사람의 건강에 미치는 영향에 대한 지식이야말로 앞으로 보험회사의 성패(成敗) 여부를 결정 짓는 중요한 변수가 될 것”이라고 지적하면서 “그러나 나노의 영향에 대한 지식은 턱없이 부족한 형편”이라고 설명했다.

미국 라이스(Rice) 대학의 비키 콜빈(Viki Colvin) 생물환경나노연구소 소장은 “나노와 관련된 위험을 관리한다는 것은 너무나 거대한 작업으로 수 년간의 조직적인 연구를 요하는 일”이라고 지적했다.

“나노의 사후 위험 관리는 엄청난 작업을 요할 것”

꿈의 기술 나노과학이 가져올 위험성을 경고하는 학자들은 이외에도 많다. 미국 국립나노기술연구소(National Nanotechnology Initiative)의 미하일 로코(Mihail Roco) 소장도 “나노에 대한 규제가 빠른 나노기술 발전을 따라 가지 못하고 있다”며 나노에 대한 전반적인 검증이 필요하다고 지적했다.

▲ 나노 상품이 곧 홍수를 이룰 것으로 보인다. 나노입자가 들어 있는 피부보호 화장품이 이미 등장했다. 

나노에 대한 장밋빛 기대, 그리고 기업의 공격적인 제품생산과 마케팅 속에서 나노가 가져올 위험성에 대한 우려가 파묻혀 버리는 것 같은 느낌이다.

사람들은 아주 조그마한 나노 로봇이 혈관 속을 마음대로 헤엄쳐 다니면서 독성 단백질을 제거하고 심지어 나쁜 세균을 공격해 모든 질병을 제거해 줄 것이라는 희망에 한껏 부풀어 있다.

또한 지구촌의 가장 큰 문제인 지구온난화와 환경문제 또한 그야말로 구세주나 다름 없는 나노입자가 종횡무진 하면서 해결해 줄 것이라는 커다란 희망에 부풀어 있다. 그러나 세균 크기의 나노가 어떤 식으로 영향을 끼칠지에 대한 연구는 턱없이 부족하다.

“돈보다 더 중요한 것은 확실한 검증”

21세기의 인류에게 풍부한 꿈을 가져다 줄 것이라고 기대하고 있는 거대기술 나노에 대한 영향평가가 표류하고 있다. 정부와 기업은 그들대로, 환경단체와 여론은 여론대로 자기의 길만을 고집하고 있다.

그린 나노가 갈 길은 멀다. 나노로 돈 버는 것보다 더 중요한 것은 영향에 대한 검증이 선행돼야 한다는 것이다. 나노가 너무나 큰 거대과학으로 다가오고 있기 때문이다.

나노가 구세주가 되기 위해서는 나노라는 21세기 거대과학의 윤리와 도덕의 문제를 꼭 짚고 넘어가야만 한다. 모두가 나서야 한다.