KISTI의 과학향기

지난 설날 아침, 전남 여수는 다른 곳과 마찬가지로 설레고 북적였다. 떡국과 함께 나이 한 살씩 더 먹은 아이들은 고운 설빔을 입고 세배를 드렸고, 어른들은 서로에게 덕담을 건네고 있던 중이었다. 화목한 분위기는 순식간에 깨졌다.

오전 10시경, 여수시 낙포동의 GS칼텍스 원유2부두에 접안을 시도하던 싱가포르 유조선 ‘우이산(WU TI SAN)’호가 무슨 일인지 잔교에 설치된 송유관과 충돌해 순식간에 시꺼먼 원유가 바다로 유출됐다. 이 사고로 인해 약 75만ℓ(리터)가 넘는 원유 및 유독성 화학물질들이 유출됐고 여수 앞바다는 일순간에 시꺼먼 기름띠와 유독한 휘발성 악취들이 넘쳐나는 고약한 곳이 돼버렸다.

사람들이 유정(油井, 석유의 원유를 퍼내는 샘)을 파고 원유를 대량으로 퍼 올리고 난후, 이와 관련된 사고들은 끊임없이 일어나고 있다. 이 분야에 있어서 최악의 사고로 불리는 것은 2010년 4월 20일 미국에서 발생한 ‘딥워터 호라이즌’ 호 사건이다.

이 사건은 세계 최대의 석유 업체인 British Petroleum(이하 BP)의 석유 시추선 딥워터 호라이즌(Deepwater Horizon)호에서 일어난 폭발 사고다. 바닷속에 연결했던 시추 파이프가 부러지며 해양 유전에서 심해로 엄청난 양의 원유가 유출된 사건이었다. 땅 속 깊은 곳에 고여 있는 원유를 퍼 올리는 데는 엄청난 압력이 필요하기 때문에 부러진 시추 파이프는 토해내듯 빠른 속도로 엄청난 양의 원유를 바닷속으로 유출시켰다.

시추공을 막기는커녕 가까이 가기도 어려웠기에 사태는 걷잡을 수 없이 치달았다. 시추 파이프는 1일당 3만 5천bbl(배럴), 다시 말해 약 556만ℓ의 원유를 뿜어냈고, 사태가 일단락되기까지 약 490만bbl(약 7억 7860만ℓ)의 원유가 멕시코만으로 흘러들어갔다. 일단 원유가 새어나오는 모든 시추공들을 막음으로 인해 더 이상의 원유 유출은 잡았지만, 이미 막대한 양의 원유가 바다로 유출된 상태에서 사람들은 망연자실할 수밖에 없었다.

유조선이나 시추선의 사고는 치명적인 환경 오염을 일으킨다. 기름 성분들은 물보다 비중이 낮아 해수면으로 떠올라 광범위한 유막(油膜, oil slick)을 형성한다. 유막은 바닷속으로 유입되는 태양광과 산소를 차단시켜 광합성을 하는 미생물들 뿐 아니라 산소 호흡을 하며 살아가는 생물체 전체에 치명적인 영향을 미친다. 즉, 원유 유출 지역의 해양 생태계는 마치 밀봉된 검은 비닐에 둘러싸인 것처럼 질식하게 되는 것이다.

당시 BP사는 바닷물 위에 뜬 유막을 제거하기 위해 일부러 불을 피워 기름을 태웠고(약 4,925만ℓ를 태움), 대규모 오일 스키머(oil skimmer, 물에 뜬 기름을 유착 벨트 등에 흡착시켜서 제거하는 것) 선박을 이용해 해수에서 기름을 걸러 냈다. 또한 Corexit라는 유화제를 대량으로 투입해 원유 농도를 희석시키기도 했다. 하지만 워낙에 유출량이 어마어마했기 때문에 이런 물리학적, 화학적 노력만으로는 역부족이었다.

모든 것이 절망적이던 순간, 과학자들은 희미한 빛줄기를 발견했다. 당시 사고를 조사하던 미국 테네시대학교의 테리 하젠(Terry Hazen) 박사는 사람들이 제거한 양 이상의 원유가 ‘저절로 사라졌다’는 놀라운 사실을 알아내 보고했다. 이 기적의 마법을 부린 주인공은 바로 심해에 서식하고 있던 박테리아, 일명 ‘기름 먹는 박테리아’들이었다. 이들은 ‘유류분해 미생물’로 불린다. 하젠 박사는 ‘해양 환경 내 석유 오일과 분산제의 환경적 거동(Environmental Fate of Petroleum Oils and Dispersants in the Marine Environment)’이라는 보고서에서 이 ‘기름 먹는 박테리아’들은 이틀마다 1gal(갤런)의 원유를 제거할 정도로 매우 효율이 좋으며, 지금까지 유출된 490만bbl 중 적어도 40만bbl 이상의 원유를 이들이 제거했다고 보고했다.

더욱 놀라운 것은 박테리아가 인간이 일부러 유전자 조작을 해서 만들어낸 것이 아니라 자생적으로 발생한 것이라는 사실이었다. 이에 하젠 박사는 먹잇감이 극히 부족한 심해 지역에 자생하는 생물체 중에는 탄화수소를 이용해 살아가는 세균들이 존재하며, 이들이 심해 유정에서 원유가 뿜어져 나온 것을 계기로 폭발적으로 증가하여 자체 정화 기능을 담당했다고 추정했다.

원유는 탄소가 85~87%, 수소가 10~14%에 약간의 질소와 산소, 황이 섞인 형태이므로 미생물의 종류에 따라서는 훌륭한 에너지원이 될 수도 있다. 실제로 일부 미생물들은 이상적인 환경에서는 원유를 완전히 분해해 이산화탄소()와 물()으로 변환한다. 현재 원유와 같은 유류를 분해하는 미생물은 의외로 많아서 현재 총 66속(屬, 생물 분류상의 단위) 이상이 밝혀졌으며 계속해서 발견되고 있는 추세이다. 최근 과학자들은 이런 유류 분해 미생물들의 유전자를 분석하여 유류 분해능을 더욱 높인 미생물들을 개발해 산업적으로 이용하고자 연구하고 있다.

이처럼 미생물들을 이용해 독성 화합물을 정화시키고 유해한 폐기물에서 발생되는 물질들을 제거, 감소, 변형시키는 것을 ‘생물정화(bioremediation)라고 한다. 생물정화의 유용성이 처음 제기된 것은 1940년대로, 당시 미국 텍사스 주에서 유정 근처의 오염 정화에 처음 이용됐다. 또 하나의 커다란 재앙이었던 엑손 발데즈(Exxon Valdez) 호 사건에서도 유류 미생물들이 사용되어 상당히 효과를 거두었는데, 일각에서는 알래스카 일대에 잔존 원유의 50%를 이들이 정화했다고 보고 있다.

미생물을 이용한 생물정화는 원유 오염 지역 정화나 유정 근처 토양 정화 뿐 아니라, 오폐수 속에 든 질소 성분을 탈질소화 한다. 미생물이 수질을 정화하고 메탄 산화 세균이 메탄을 제거해 대기를 정화하기도 한다. 또한 금속 이온 고착 미생물이 중금속을 제거해 토양을 정화하는 등 다양한 분야에서 매우 폭넓게 사용되고 있다.

이들 생물정화 방법은 기존의 물리적, 화학적 정화에 비해 경제적이다. 뿐만 아니라 생산자-소비자-분해자로 이어지는 생태계의 순환 고리에서 벗어나지 않아 추가적인 환경오염이나 생태계 파괴로 인한 2차 피해가 적다는 장점을 가지고 있다. 또한 생물정화는 만물의 영장이라는 인간이 저지른 실수를 하잘것없이 보이는 미생물들이 깨끗이 정화시켜 되돌려 주는 것이다. 이런 점에서 우리 인간들이 간과한 자연에 대한 경외감과 겸손함을 다시금 깨닫게 하는 정신적 효과도 있는 셈이다.

글 : 이은희 과학칼럼니스트