“늘어나는 해양쓰레기로 해양생태계는 심각한 위기 상황에 놓였고, 특히 폐플라스틱은 해양생물에게 가장 치명적입니다. 과학도로서 자연 분해가 어려운 폐플라스틱 문제를 해결할 수 있는 좀 더 과학적이고 실질적인 해결책으로 마련해보고 싶었습니다.”

전남도가 진행한 ‘2024년 청소년 노벨캠프’에 참여, 폐플라스틱 코팅 분해 연구를 수행한 전남과학고등학교 ‘으랏차차 세균맨’ 팀의 팀장 문희신(2학년) 학생은 작금의 기후위기에 대한 큰 관심을 나타냈다.

문희신, 문희, 이재영 학생과 이동국 지도교사로 구성된 으랏차차 세균맨팀은 화학공학의 첨단 소재인 MOF(금속 유기 골격체)를 활용해 폐플라스틱 문제를 근본적으로 해결할 수 있는 방안을 모색했다.

“배달음식 포장재처럼 재활용이 안 되는 플라스틱 코팅이 심각한 문제라는 점을 인식했어요. 기존에 세균이 플라스틱을 분해한다는 연구는 있었지만, 효과적인 세균을 빠르고 정확하게 선별하는 방법이 필요하다는 생각에 연구에 뛰어들었습니다.”

팀은 연구 주제를 구체화하는 과정에서 세균의 플라스틱 분해능력을 시각적, 정량적으로 검증하는 새로운 방법론을 고안하는 데 집중했다. 특히 연구팀은 플라스틱 분해 세균 검증에는 많은 시간이 소요된다는 점에서 새로운 방식을 도입, 시간을 획기적으로 단축했다.

“기존에는 세균이 플라스틱을 분해하는지 확인하려면 며칠이 걸리거나 복잡한 분석 과정을 거쳐야 했어요. 그러나 저희는 EWICON(Electrostatic Wet-Ink Coating) 방식을 응용해 배양 배지에 플라스틱을 매우 균일하게 코팅하는 기술을 도입했습니다”

EWICON은 전기장을 이용해 플라스틱 입자를 배지에 정밀하게 도포하는 기술이다. 연구팀은 이를 통해 코팅 시간이 크게 줄었고, 세균이 분해한 부위가 시각적으로 훨씬 명확하게 보이는 결과를 얻을 수 있었고 플라스틱을 분해하는 세균을 선별할 수 있었다.

으랏차차 세균맨팀은 선별된 세균의 능력을 입증하기 위해 FT-IR(적외선 분광법)이나 주사전자현미경(SEM)과 같은 첨단 분석 장비도 적극 활용했다. 쉽지 않은 연구였음에도 불구하고 팀원들은 포기하지 않았다. 입시를 준비해야 하는 ‘현역’ 신분으로 학업과 병행하는 어려움도 있었다.

“솔직히 고3을 앞두고 실험을 병행하는 게 쉽지는 않았어요. 평일, 주말 가리지 않고 밤 늦게까지 실험했던 적도 많았죠. 하지만 친구들과 함께 의미 있는 연구를 한다는 성취감과, 유의미한 결과가 나올 때마다 다음 단계에 대한 기대감이 저희의 원동력이었습니다.”

문희신 학생은 이번 연구를 계기로 한 단계 더 도약하고 싶은 소망을 내비쳤다.

“이번 연구는 시각적으로 확인하는 방식이라, 실제로 세균이 플라스틱을 먹고 물질대사를 했는지는 정확히 할 수 없었어요. 추가 연구를 통해 이번 연구를 더욱 발전시키고 싶고, MOF 구조물을 직접 합성하고 이를 세균 효소와 결합해 재사용 가능한 필터를 제작하는 것이 최종 목표입니다.”

특히 문희신 학생은 올해 노벨화학상 수상자로 MOF 연구진들이 선정된 만큼, 장기적으로 MOF 연구에 몰두 할 계획이다.

“MOF는 기후위기와 에너지라는 인류가 직면한 가장 큰 문제를 해결할 수 있는 수단으로 각광받고 있습니다. MOF를 깊이 있게 탐구하는 과학자가 되고 싶습니다.”

/김민석 기자 mskim@kwangju.co.kr