UN환경프로그램에서 2022년 7월 공개한 농업 관련 플라스틱(미세플라스틱)에 대한 환경문제를 다루는 보고서입니다.
농업 및 토양에서 미세플라스틱에 대한 이슈와 향후 대처 방향을 엿볼 수 있으니 참조하십시요.
영문과 번역본 원문을 수록하였습니다.
한국분석과학연구소 (2022.10.19)
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UNEP Foresight Brief 029 (July 2022)
Early Warning, Emerging Issues and Futures
조기 경보, 새로운 문제 및 미래
Plastics in agriculture – an environmental challenge
농업의 플라스틱 – 환경 문제
Background
The Foresight Briefs are published by the United Nations Environment Programme to highlight a hotspot of
environmental change, feature an emerging science
topic, or discuss a contemporary environmental issue.
The public is provided with the opportunity to find out
what is happening to their changing environment and the
consequences of everyday choices, and to think about
future directions for policy. The 29th edition of UNEP’s
Foresight Brief explores the use of plastic in agriculture
and the significant waste problem this entails which
impacts on soil health, biodiversity, productivity and food
security.
Foresight Briefs는 환경 변화의 핫스팟을 강조하고, 떠오르는 과학 주제를 다루거나, 현대 환경 문제를 논의하기 위해 UN 환경 프로그램에서 발행합니다.
대중은 변화하는 환경과 일상적인 선택의 결과에 대해 알아보고 향후 정책 방향에 대해 생각할 수 있는 기회를 제공합니다.
UNEP의 Foresight Brief 29판은 농업에서 플라스틱의 사용과 이것이 수반하는 심각한 폐기물 문제를 탐구합니다.
토양 건강, 생물 다양성, 생산성 및 식량 안보에 영향을 미칩니다.
Abstract
Plastics are used extensively in farming, from plastic coated seeds to mulch film. They also make their way into biosolid fertilizer which is spread on fields. All these products have helped increase crop yields, but there is increasing evidence that degraded plastics are contaminating the soil and impacting biodiversity and soil health. This can lead to reduced productivity and could threaten long-term food security. As a finite resource which is under pressure, agricultural soil needs to be safeguarded from further degradation.
Steps are being taken to improve the production and management of agricultural products containing plastics but there is also a need to look at a more holistic approach to food production, including nature-based solutions.
플라스틱은 플라스틱으로 코팅된 종자에서 뿌리 덮개 필름(멀칭)에 이르기까지 농업에서 광범위하게 사용됩니다. 그들은 또한 들판에 퍼지는 생물고체 비료로 사용됩니다. 이러한 모든 제품은 작물 수확량을 높이는 데 도움이 되었지만 분해된 플라스틱이 토양을 오염시키고 생물 다양성과 토양 건강에 영향을 미친다는 증거가 증가하고 있습니다. 이는 생산성 감소로 이어질 수 있으며 장기적인 식량 안보를 위협할 수 있습니다. 압력을 받고 있는 유한한 자원으로서 농업용 토양은 더 이상 황폐화되지 않도록 보호해야 합니다. 생산 및 관리를 개선하기 위한 조치를 취하고 있습니다. 플라스틱이 포함된 농산물이지만 자연 기반 솔루션을 포함하여 식품 생산에 대한 보다 전체적인 접근 방식을 살펴볼 필요도 있습니다.
Introduction
The low cost and vast range of available plastic products has changed agricultural production from a traditionally
low-waste activity to an industry with a significant waste problem. The manufacture and marketing of new plastic products has increased plastic use. This has helped farmers increase yields and reduce food waste, but it has outpaced the development of systems and processes
to reuse, recycle, effectively biodegrade, or adequately dispose of many agricultural plastics (Figure 1). And now there is increasing evidence that these plastics
are polluting soils (Rillig 2012). Agricultural plastics are part of the broader, global problem of plastic pollution, including in the marine environment, analysed in detail in From Pollution to Solution: A Global Assessment of Marine Litter and Plastic Pollution (UNEP 2021).
Plastic particles found in the soil can come from the breakdown of plastic products (such as containers, mulch film, plastic silage wrap, greenhouse tunnels, etc.)
or from the use of products contaminated with plastic particles (such as compost or sewage sludge which contains microplastics that enter wastewater treatment plants e.g., from washing of clothing and abrasion of tyres). Plastic that ends up in soil varies in size from macroplastics (>5 mm) to microplastics (<5 mm) and nanoplastics (<1 μm) (Joint Group of Experts on the Scientific Aspects of Marine Pollution [GESAMP] 2019).
저렴한 비용과 광범위한 사용 가능한 플라스틱 제품은 농업 생산을 전통적으로 폐기물이 적은 활동에서 심각한 폐기물 문제가 있는 산업으로 변화시켰습니다. 새로운 플라스틱 제품의 제조 및 마케팅으로 플라스틱 사용이 증가했습니다. 이것은 농부들이 수확량을 늘리고 음식물 쓰레기를 줄이는 데 도움이 되었지만,
많은 농업용 플라스틱을 재사용, 재활용, 효과적으로 생분해하거나 적절하게 폐기하기 위한 시스템 및 프로세스의 개발을 앞질렀습니다(그림 1).
그리고 이제 이러한 플라스틱이 토양을 오염시킨다는 증거가 증가하고 있습니다(Rillig 2012). 농업용 플라스틱은 해양 환경을 포함하여 플라스틱 오염이라는 더 광범위하고 전 세계적인 문제의 일부이며, 오염에서 솔루션까지: 해양 쓰레기 및 플라스틱 오염에 대한 글로벌 평가(UNEP 2021)에 자세히 분석되어 있습니다.
토양에서 발견되는 플라스틱 입자는 플라스틱 제품(예: 용기, 덮개 필름, 플라스틱 사일리지 랩, 온실 터널 등)의 분해 또는 플라스틱 입자로 오염된 제품(예: 퇴비 또는 하수 슬러지)의 사용으로 인해 발생할 수 있습니다. 의류 세탁 및 타이어 마모 등으로 인해 폐수 처리장으로 유입되는 미세 플라스틱이 포함되어 있습니다. 토양에 도달하는 플라스틱은 거대 플라스틱(>5mm)에서 미세 플라스틱(<5mm) 및 나노플라스틱(<1μm)에 이르기까지 크기가 다양합니다(해양 오염의 과학적 측면에 대한 전문가 그룹 [GESAMP] 2019).
Figure 1: The potential for circularity or harm to the environment of some plastic products used in agriculture (FAO, 2021) Source: Modified from FAO, 2021
그림 1: 농업에 사용되는 일부 플라스틱 제품의 순환성 또는 환경 유해 가능성(FAO, 2021) 출처: 2021년 FAO에서 수정
Why is this issue important?
이 문제가 왜 중요한가요?
Healthy soil is more productive
건강한 토양이 더 생산적입니다
Productive agricultural soil is a finite resource that is easily degraded. It is under pressure from multiple sources, including over-use and contamination (Food and
Agriculture Organization of the United Nations [FAO] 2021 and Intergovernmental Technical Panel on Soils [ITPS] 2015) and its degradation is exacerbated by climate
change. There is increasing evidence that plastics could be adding to this burden. Research indicates that a build-up of plastic can have wide ranging impacts on soil
health, biodiversity, and productivity (de Souza Machado et al. 2019; Rillig et al. 2019; Liao et al. 2019). Maintaining
healthy and productive soil is a critical aspect of food security (UNEP 2019).
생산적인 농업용 토양은 쉽게 분해되는 유한한 자원입니다. 남용과 오염(유엔 식량농업기구(FAO) 2021년 및 토양에 관한 정부간 기술 패널(ITPS) 2015년)을 포함한 여러 출처의 압력을 받고 있으며 기후 변화로 인해 황폐화가 악화되고 있습니다. 플라스틱이 이러한 부담을 더할 수 있다는 증거가 증가하고 있습니다. 연구에 따르면 플라스틱 축적은 토양 건강, 생물 다양성 및 생산성에 광범위한 영향을 미칠 수 있습니다(de Souza Machado et al. 2019; Rillig et al. 2019; Liao et al. 2019). 건강하고 생산적인 토양을 유지하는 것은 식량 안보의 중요한 측면입니다(UNEP 2019).
Plastics in soil can be an important source of microplastics to other parts of the environment, as surface run-off and erosion can transport these small particles from fields onto waterways (Figure 2).
Microplastics may also migrate from soil surface layers deeper into the soil profile. However, currently the fate of microplastics in soil is poorly understood (Rillig and Lehmann 2020). One study suggests that there is significant movement of the microplastics in biosolid fertilizer from the field into waterways (Crossman et al.
2020). The impact of plastic contaminants to human health is another area of concern; the differentiated impacts on men, women and children is also of critical
importance in terms of integrated policy formulation.
토양의 플라스틱은 표면 유출 및 침식으로 인해 밭에서 수로로 이러한 작은 입자를 운반할 수 있기 때문에 환경의 다른 부분에 대한 미세플라스틱의 중요한 공급원이 될 수 있습니다(그림 2).
미세플라스틱은 또한 토양 표면층에서 토양 프로파일로 더 깊숙이 이동할 수 있습니다. 그러나 현재 토양에서 미세플라스틱의 운명은 제대로 이해되지 않고 있습니다(Rillig and Lehmann 2020). 한 연구에 따르면 바이오 고형 비료의 미세 플라스틱이 현장에서 수로로 상당한 이동이 있음을 시사합니다(Crossman et al. 2020). 플라스틱 오염물질이 인체 건강에 미치는 영향은 또 다른 우려 사항입니다. 남성, 여성, 아동에 대한 차별화된 영향은 통합 정책 수립 측면에서도 매우 중요합니다.
Figure 2. Examples of the sources and transport of plastics and co-contaminants from agriculture production to the environment
Source: UNEP (2021)
그림 2. 농업 생산에서 환경으로 플라스틱 및 공동 오염 물질의 출처 및 운송의 예
출처: UNEP(2021)Main findings
Microplastics change soil properties
미세플라스틱은 토양 특성을 변화시킵니다.
The ecotoxicology of soil microplastics is an expanding field. There is evidence that microplastics can have variable impacts (both positive and negative) on microbial communities, soil invertebrates and soil
physio-chemical properties, depending on the size of the particles and the exposure level (e.g., Okoffo et al. 2021; Yu et al. 2020; Ganesh Kumar et al. 2019; Zhu et al. 2019).
Most studies are laboratory based and the conditions and methodology can vary greatly, making it difficult to compare results and quantify impacts. Investigations
have found that the presence of microplastics can decrease the number, diversity, movement, and rate of reproduction of soil biota, decrease biomass of soil fauna, increase the biomass of microbes, and increase microbial activity (e.g., Zhu et al. 2019 and refs. therein).
토양 미세플라스틱의 생태독성학은 확장 분야입니다. 미세플라스틱이 입자의 크기와 노출 수준에 따라 미생물 군집, 토양 무척추동물 및 토양 물리화학적 특성에 다양한 영향(긍정적 및 부정적)을 가질 수 있다는 증거가 있습니다(예: Okoffo et al. 2021; Yu et al. 2020년, Ganesh Kumar 외 2019년, Zhu 외 2019년).
대부분의 연구는 실험실 기반이며 조건과 방법론이 크게 다를 수 있으므로 결과를 비교하고 영향을 정량화하기가 어렵습니다. 조사에 따르면 미세플라스틱의 존재는 토양 생물군의 수, 다양성, 이동 및 재생산 속도를 감소시키고 토양 동물군의 생물량을 감소시키며 미생물의 생물량을 증가시키며 미생물 활동을 증가시킬 수 있음을 발견했습니다(예: Zhu et al. 2019 및 참조).
While there are a limited number of studies, it appears that microplastics can effect changes in soil physiochemical
properties (structure, water holding capacity, density etc.) at environmentally relevant concentrations (de Souza Machado et al. 2018). Rillig et al. (2019) list potential impacts that changes in soil physio-chemical properties could have on plants, including reduced root growth and nutrient uptake.
연구 수는 제한적이지만 미세플라스틱은 환경적으로 적절한 농도에서 토양 물리화학적 특성(구조, 수분 보유 능력, 밀도 등)의 변화에 영향을 미칠 수 있는 것으로 보입니다(de Souza Machado et al. 2018). Riliget al. (2019)는 뿌리 성장 및 영양소 흡수 감소를 포함하여 토양 물리화학적 특성의 변화가 식물에 미칠 수 있는 잠재적 영향을 나열합니다.
As microplastics in the soil age, they experience changes in physical and chemical properties including colour,
texture, chemical composition, surface characteristics and sorption capacity (Ren et al. 2021). Some of these changes make the microplastics more efficient at absorbing other soil contaminants that may be present, such as heavy metals and organic pollutants (Ren et al.2021). This may make contaminants less available to soil
biota and plants (Rillig et al. 2019).
토양이 노화되면서 미세플라스틱은 색상, 질감, 화학적 조성, 표면 특성 및 흡착 능력을 포함한 물리적 및 화학적 특성의 변화를 경험합니다(Ren et al. 2021). 이러한 변화 중 일부는 미세플라스틱은 중금속 및 유기 오염 물질과 같이 존재할 수 있는 다른 토양 오염 물질을 흡수하는 데 더 효율적으로 만듭니다(Ren et al. 2021). 이것은 오염 물질이 토양 생물군과 식물에 덜 이용 가능하게 만들 수 있습니다(Rillig et al. 2019).
Figure 3. The estimated contribution of microplastics to agricultural land through biosolids in tonnes per year in selected countries (Orange and Red
circles Nizzetto, Futter and Langaas 2016; Yellow and brown circles Mohajerani and Karabatak 2020; Blue circle Okoffo et al. 2020).
그림 3. 일부 국가(주황색 및 빨강색
서클 Nizzetto, Futter 및 Langaas 2016; 노란색과 갈색 원 Mohajerani 및 Karabatak 2020; 파란색 원 Okoffo et al. 2020).
Biosolids - an important resource in the circular
economy
Biosolids - 순환 경제의 중요한 자원
Sewage sludge, a high-nutrient by-product from wastewater treatment plants (WWTPs), can be processed into biosolids (a treatment that removes pathogens and volatile organics) and used as fertilizer.
The use of the biosolids in agriculture is seen as beneficial as it offers a relatively inexpensive, low energy alternative to manufactured fertilizers, while reducing the
volume of waste requiring disposal. However, biosolids have been identified as the biggest contributor to soil microplastics (Corradini et al. 2019; Figure 3).
폐수처리장(WWTP)의 고영양 부산물인 하수 슬러지는 바이오 고형물(병원체 및 휘발성 유기물을 제거하는 처리)로 처리되어 비료로 사용할 수 있습니다.
농업에서 바이오 고형물의 사용은 처리가 필요한 폐기물의 양을 줄이면서 제조된 비료에 비해 상대적으로 저렴하고 에너지가 적은 대안을 제공하기 때문에 유익한 것으로 간주됩니다. 그러나 바이오 고형물은 토양 미세플라스틱의 가장 큰 기여자로 확인되었습니다(Corradini et al. 2019; 그림 3).
The number of microplastic particles entering WWTPs varies but has been found to decrease significantly in the wastewater with each treatment stage (primary,
secondary, tertiary) as the microplastics are concentrated in the sludge (Lares et al. 2018; Hidayaturrahman and Lee 2019). With tertiary treatment, almost all microplastics can be removed from the wastewater and concentrated in the sludge (Carr, Liu and Tesoro 2016).
WWTP로 유입되는 미세플라스틱 입자의 수는 다양하지만 미세플라스틱이 슬러지에 농축되기 때문에 각 처리 단계(1차, 2차, 3차)에서 폐수에서 크게 감소하는 것으로 밝혀졌습니다(Lares et al. 2018; Hidayaturrahman and Lee 2019). 3차 처리를 통해 거의 모든 미세플라스틱이 폐수에서 제거되고 슬러지에 농축될 수 있습니다(Carr, Liu 및 Tesoro 2016).
However, the process for turning sewage sludge into biosolids does not remove microplastics (microplastic particle concentrations of up to 1.4 x104 kg−1 have been found in biosolids; Crossman et al. 2020). In many countries, biosolids are used on agricultural land. For example, in Australia, the EU, Great Britain, and North
America, 40–75 per cent of biosolids are used as fertilizer (Okoffo et al. 2021). It has been suggested that the annual input of microplastics to agricultural land in
Europe and North America (a combined maximum total of more than 650,000 tonnes) could exceed the amount
of microplastics estimated to be in the surface waters of the global ocean (a maximum of 214,000 tonnes;
Nizzetto, Futter and Langaas 2016). A recent study in Germany estimated that the majority of the 13,000 tonnes of plastic entering the environment each year
comes from sewage sludge (Istel and Jedelhauser 2021).
그러나 하수 슬러지를 바이오 고형물로 전환하는 과정은 미세플라스틱을 제거하지 않습니다(최대 1.4 x104 kg-1의 미세 플라스틱 입자 농도가 바이오 고형물에서 발견되었습니다. Crossman et al. 2020). 많은 국가에서 바이오 고형물은 농경지에서 사용됩니다. 예를 들어, 호주, EU, 영국 및 북미에서는 바이오 고형물의 40-75%가 비료로 사용됩니다(Okoffo et al. 2021). 유럽과 북미의 농경지에 연간 미세플라스틱 유입량(총 최대 총 650,000톤 이상)이 전 세계 해양 표층수에 있는 것으로 추정되는 미세플라스틱의 양(최대 214,000톤, Nizzetto, Futter 및 Langaas 2016). 독일의 최근 연구에 따르면 매년 환경에 유입되는 13,000톤의 플라스틱 중 대부분이 하수 슬러지에서 나오는 것으로 추정됩니다(Istel and Jedelhauser 2021).
Biodegradable plastics 생분해성 플라스틱
Agriculture products that intentionally introduce plastic into the soil include plastic mulch, coated seeds, and polymer encapsulated fertilizer (Table 1). Biodegradable mulch and coated seeds are available and biodegradable encapsulated fertilizer is being developed. Unlike the
polymers in conventional agri-plastics, biodegradable polymers are designed to completely break down.
However, because of the conditions required for complete breakdown (light, oxygen, soil temperature, pH, moisture, and microorganisms) influence the process
and the rate of degradation, there is evidence that they can contribute microplastics to the soil (Wei et al. 2022;
van der Zee 2021; Accinelli et al. 2019; Bläsing and Amelung 2018).
의도적으로 토양에 플라스틱을 도입하는 농산물에는 플라스틱 덮개(멀칭), 코팅된 종자 및 고분자 캡슐화 비료가 포함됩니다(표 1). 생분해성 뿌리 덮개 및 코팅된 종자를 사용할 수 있으며 생분해성 캡슐화 비료가 개발되고 있습니다. 기존의 농업용 플라스틱의 폴리머와 달리 생분해성 폴리머는 완전히 분해되도록 설계되었습니다. 그러나 완전한 분해에 필요한 조건(빛, 산소, 토양 온도, pH, 수분 및 미생물)이 과정과 분해 속도에 영향을 미치기 때문에 토양에 미세 플라스틱을 기여할 수 있다는 증거가 있습니다(Wei et al. 2022, van der Zee 2021, Accinelli et al. 2019, Bläsing 및 Amelung 2018).
A recent study by Yu et al. (2021) acknowledged the formation of micro and nano-plastics from biodegradable
mulch but found that, if the material is disposed of in soil or compost, the micro and nano particles do not persist
for extended periods. However, if the mulch is left on the soil surface, the micro and nano plastics that form can be transported by wind or surface runoff. The process of biodegradation is slowed in atmospheric or aquatic environments and the authors suggest that, under these
conditions, biodegradable plastics are likely to have similar environmental impacts to non-biodegradable plastics. A recent review of the impact of biodegradable
plastics on soil ecosystems (Fan et al. 2022) found that, while biodegradable plastics are important in combating plastic pollution, the decomposition rates, the nonbiodegradablecomponents such as dyes, plasticizers etc, and the potential adsorption of other pollutants need
further investigation before biodegradable plastics can be considered a successful non-polluting alternative to conventional plastics.
Yu et al.의 최근 연구. (2021)은 생분해성 뿌리 덮개(멀칭)에서 마이크로 및 나노 플라스틱이 형성된다는 사실을 인정했지만 재료가 토양이나 퇴비에 폐기되면 마이크로 및 나노 입자가 장기간 지속되지 않는다는 것을 발견했습니다. 그러나 뿌리 덮개가 토양 표면에 남아 있으면 형성되는 마이크로 및 나노 플라스틱이 바람이나 지표 유출에 의해 운반될 수 있습니다. 생분해 과정은 대기 또는 수중 환경에서 느려지며 저자는 이러한 조건에서 생분해성 플라스틱이 비생분해성 플라스틱과 유사한 환경적 영향을 미칠 가능성이 있다고 제안합니다. 생분해성 플라스틱이 토양 생태계에 미치는 영향에 대한 최근의 검토(Fan et al. 2022)는 생분해성 플라스틱이 플라스틱 오염과 싸우는 데 중요하지만 분해율, 염료, 가소제 등과 같은 비생분해성 구성 요소 및 잠재적인 흡착 생분해성 플라스틱이 기존 플라스틱에 대한 성공적인 무공해 대안으로 간주되기 전에 다른 오염 물질의 추가 조사가 필요합니다.
Table 1. The use and benefit of some agricultural products that contribute to soil microplastic pollution
표 1. 토양 미세플라스틱 오염에 기여하는 일부 농산물의 사용 및 이점
What is being done? 무엇을 하고 있습니까?
Plastic-free biosolids? 플라스틱이 없는 바이오 고형물?
A recent review found 29 different polymers in WWTP influent, with polyester (PES) the most reported, followed
by polyethene (PE) (Liu et al. 2021). The PES originates primarily from synthetic textiles and the PE comes from the breakdown of plastic packaging. Effort has been focused on removing microplastics for the wastewater that is discharged into the aquatic environment (tertiary treatment can remove more than 90% of microplastics,
e.g., Iyare, Ouki and Bond 2020). However, successfully removing microplastics from the effluent concentrates the microplastics in the sludge (effectively cleaning one
product by polluting another). Once the microplastics are in the sludge they are extremely difficult to remove, and
current treatment practices do not include microplastics removal (sludge not used to make biosolids can be incinerated to produce energy, which eliminates the
microplastics but depending on the system, may release other pollutants).
최근 검토에 따르면 WWTP 유입수에서 29가지 다른 폴리머가 발견되었으며 폴리에스터(PES)가 가장 많이 보고되었으며 폴리에틸렌(PE)이 그 뒤를 이었습니다(Liu et al. 2021). PES는 주로 합성 섬유에서 유래하고 PE는 플라스틱 포장의 분해에서 유래합니다. 수중 환경으로 방류되는 폐수의 미세플라스틱을 제거하는 데 노력이 집중되었습니다(3차 처리는 미세 플라스틱의 90% 이상을 제거할 수 있음, 예를 들어 Iyare, Ouki 및 Bond 2020). 그러나 폐수에서 미세플라스틱을 성공적으로 제거하면 슬러지에 미세플라스틱이 농축됩니다(다른 제품을 오염시켜 한 제품을 효과적으로 세척). 일단 미세플라스틱이 슬러지에 있으면 제거하기가 극히 어려우며 현재 처리 방식에는 미세플라스틱 제거가 포함되지 않습니다(바이오 고형물을 만드는 데 사용되지 않는 슬러지는 에너지를 생산하기 위해 소각될 수 있으며, 이는 미세플라스틱을 제거하지만 시스템에 따라 다른 물질을 방출할 수 있습니다. 오염물질).
There has been some effort to decrease the number of microplastics particles entering WWTPs (e.g., bans in some countries on plastic microspheres in personal care
products; Anagnosti et al. 2021). Microplastic fibres (PES and other polymers) from textiles and clothing are often the biggest contributors. There are commercial filters available that can be fitted on washing machines to trap
microplastics (efficiency is largely untested; Browne, Ros and Johnston 2020) but at present washing machine manufacturers have not adopted this technology as
standard.
WWTP에 유입되는 미세플라스틱 입자의 수를 줄이기 위한 노력이 있어 왔습니다(예: 일부 국가에서는 개인 위생 용품의 플라스틱 미세 입자 사용 금지, Anagnosti et al. 2021). 섬유 및 의류의 미세플라스틱 섬유(PES 및 기타 폴리머)는 종종 가장 큰 기여를 합니다. 미세플라스틱을 걸러내기 위해 세탁기에 장착할 수 있는 상업용 필터가 있지만(효율은 거의 테스트되지 않았습니다. Browne, Ros and Johnston 2020) 현재 세탁기 제조업체는 이 기술을 표준으로 채택하지 않았습니다.
The broad range of composition and size of
microplastics increases the difficulty in finding a method to remove the particles once they are in the sewage sludge. There is some evidence that anaerobic digestion
can reduce the number of microplastics in sewage sludge, and some treatment methods can fragment the microplastics, increasing the number of particles (Mahon
et al. 2017). However, there is little targeted research investigating the removal of microplastics from sewage sludge. Amongst the small amount of research occurring in this area, there are some investigations into the use of ultrasound. This technique is used to remove organic
compounds such as polycyclic aromatic hydrocarbons from wastewater (Ghasemi et al. 2020). Ultrasound has also been effectively tested (but not operationalised due to cost) to reduce the volume of sludge - the treatment causes cell lysis (breakdown of cell walls and the consequent release of fluid) (Romero-Pareja et al. 2017;
Li et al. 2018). Recently, Alvim et al. (2021) demonstrated in the laboratory that ultrasound caused polyethylene
microspheres to move into the liquid phase where they could be filtered out. The treatment removed nearly 40 per cent of microspheres from activated sludge and,
importantly, did not appear to fragment the microspheres into nano-sized particles. However, it does not appear that ultrasound treatment has been tested to remove microplastic fibres (the most abundant plastic particles found in sludge).
미세플라스틱의 조성과 크기가 다양하기 때문에 하수 슬러지 안에 들어간 입자를 제거하는 방법을 찾는 데 어려움이 있습니다. 혐기성 소화가 하수 슬러지의 미세 플라스틱 수를 감소시킬 수 있고 일부 처리 방법이 미세플라스틱을 파편화하여 입자 수를 증가시킬 수 있다는 증거가 있습니다(Mahon et al. 2017). 그러나 하수슬러지에서 미세플라스틱을 제거하기 위한 연구는 많지 않다. 이 분야에서 발생하는 적은 양의 연구 중 초음파의 사용에 대한 연구가 있습니다. 이 기술은 폐수에서 다환 방향족 탄화수소와 같은 유기 화합물을 제거하는 데 사용됩니다(Ghasemi et al. 2020). 초음파는 슬러지 양을 줄이기 위해 효과적으로 테스트되었지만(비용으로 인해 작동하지 않음) 처리로 인해 세포 용해(세포벽이 파괴되고 결과적으로 체액이 방출됨)가 발생합니다(Romero-Pareja et al. 2017; Li et al. 2018). 최근 Alvim et al. (2021)은 초음파로 인해 폴리에틸렌 미소구가 액체 상태로 이동하여 걸러낼 수 있음을 실험실에서 입증했습니다. 처리는 활성 슬러지에서 거의 40%의 미세구를 제거했으며 중요하게는 미세구를 나노 크기의 입자로 조각화하는 것으로 보이지 않았습니다. 그러나 초음파 처리가 미세플라스틱 섬유(슬러지에서 발견되는 가장 풍부한 플라스틱 입자)를 제거하기 위해 테스트된 것으로 보이지 않습니다.
Improved polymers 향상된 폴리머
There is considerable research being undertaken to improve the biodegradability of polymers used in agricultural products. Most of these are being developed
from starch.
농산물에 사용되는 고분자의 생분해성을 향상시키기 위한 상당한 연구가 진행되고 있습니다. 이들 대부분은 전분에서 개발되고 있습니다.
Biodegradable mulch 생분해성 뿌리 덮개 (멀칭)
• Mulch films are now being marketed as fully biodegradable and compostable (the standards for testing biodegradability and compossibility of mulch films under a variety of environmental conditions are
still evolving). They are generally made from starch and polyesters (they may contain biodegradable hydrocarbon-based polymers).
멀칭 필름은 현재 완전히 생분해되고 퇴비화할 수 있는 것으로 판매되고 있습니다(다양한 환경 조건에서 멀치 필름의 생분해성 및 합성 가능성을 테스트하기 위한 표준은 여전히 발전하고 있습니다). 그들은 일반적으로 전분과 폴리에스터로 만들어집니다(생분해성 탄화수소 기반 폴리머를 포함할 수 있음).
• Research is ongoing into the development of sprayable biodegradable polymer membrane (SBPM) mulch (e.g., CSIRO’s TranspiratiONal- SBM; Filipović et al. 2020). SBPM is a water-based polyurethane.
Researchers are investigating formulating it from natural materials such as seaweed, sugar cane, wood-cellulose microfibers, lignin, gum, and leather (ibid.). A recent evaluation of SBPM (Braunack et al.
2021) found that development still needs to address sprayability, durability, biodegradability, and costeffectiveness.
분무 가능한 생분해성 고분자막(SBPM) 덮개 개발에 대한 연구가 진행 중입니다(예: CSIRO의 TranspiratiONal-SBM; Filipović et al. 2020). SBPM은 수성 폴리우레탄입니다.
연구원들은 해조류, 사탕수수, 목질 셀룰로오스 극세사, 리그닌, 검, 가죽과 같은 천연 재료에서 이를 공식화하는 방법을 조사하고 있습니다(ibid.). SBPM에 대한 최근 평가(Braunack et al. 2021)는 개발이 여전히 분무성, 내구성, 생분해성 및 비용 효율성을 다루어야 한다는 것을 발견했습니다.
Seed coatings 종자코팅
• To reduce the reliance on hydrocarbon-based polymers, the use of bio-based polymers is expanding. However not all bio-based polymers are biodegradable, despite being produced from corn, sugar cane, and waste fat/oil, so focus should be on polymers that are bio-based and biodegradable (Pirzada et al. 2020). Bio-based polymers are still more expensive to produce, but the increase in the price of fossil fuels may improve profitability.
탄화수소계 고분자에 대한 의존도를 줄이기 위해 바이오계 고분자의 사용이 확대되고 있다. 그러나 옥수수, 사탕수수 및 폐지방/기름에서 생산됨에도 불구하고 모든 바이오 기반 폴리머가 생분해되는 것은 아니므로 바이오 기반 및 생분해성 폴리머에 초점을 맞춰야 합니다(Pirzada et al. 2020). 바이오 기반 폴리머는 여전히 생산 비용이 더 비싸지만 화석 연료 가격 상승으로 수익성이 개선될 수 있습니다.
• Research is being undertaken into using waste products from the timber and agriculture industries to produce bio-based polymers, replacing the use of
food resources (Brodin et al. 2017).
식품 자원의 사용을 대체하여 목재 및 농업 산업의 폐기물을 사용하여 바이오 기반 폴리머를 생산하는 연구가 진행되고 있습니다(Brodin et al. 2017).
• Incorporating selected microbial strains into polymer seed coatings is being trialled to enhance biodegradation times (Accinelli et al. 2019).
Polymer encapsulated fertilizers (controlled release fertilizers, CRF)
선택한 미생물 균주를 고분자 종자 코팅에 통합하여 생분해 시간을 늘리는 것이 시도되고 있습니다(Accinelli et al. 2019). 고분자 캡슐화 비료(제어 방출 비료, CRF)
• Increasing research into biodegradable coatings made from polylactic acid (PLA), okara (soy pulp), linseed, polyurea and corn starch hydrogel (Lawrencia et al. 2021).
폴리락트산(PLA), 콩비지(대두 펄프), 아마씨, 폴리우레아 및 옥수수 전분 하이드로겔로 만든 생분해성 코팅에 대한 연구 증가(Lawrencia et al. 2021).
• Development of superhydrophobic CRFs that overcome the hydrophilic problems associated with many biodegradable bio-based CRF coatings and improve nutrient release (Zhang et al. 2017).
많은 생분해성 바이오 기반 CRF 코팅과 관련된 친수성 문제를 극복하고 영양소 방출을 개선하는 초소수성 CRF의 개발(Zhang et al. 2017).
• The use of nanotechnology is being explored for the development of fertilizer coatings made of nanoporous material, the nano forms of the nutrients, and the development of nanocarriers that can better control the timing of nutrient release (Rakhimol et al. 2021). However, the toxicity of nano particles to plants
and people is a concern and studies on potential impacts are limited (Ibid.).
나노기술의 사용은 나노다공성 물질로 만들어진 비료 코팅의 개발, 영양소의 나노 형태, 영양소 방출 시기를 더 잘 제어할 수 있는 나노운반체의 개발을 위해 탐색되고 있습니다(Rakhimol et al. 2021). 그러나 식물과 사람에 대한 나노 입자의 독성은 우려 사항이며 잠재적 영향에 대한 연구는 제한적입니다(Ibid.).
Nature-positive solutions
자연에 긍정적인 솔루션
Steps are being taken to improve the manufacture and management of agricultural products containing
plastic and replace non-biodegradable plastics with biodegradables (and enhance their biodegradability).
However, there has been limited research on assessing nature-positive approaches. There are also some farming practices that are being revisited, such as natural mulch
cover crops. A cover crop such as cereal rye or hairy vetch can be planted during winter and then removed prior to sowing or planting. Living cover crops of legumes, such as peas, vetches, clovers, and beans, are also an option. These have the added benefit of providing nitrogen to the main crop, as legumes fix nitrogen and therefore increase soil fertility and reduce the cost of
nitrogen fertilizer. However, due to the lack of contextspecificinformation and appropriate education and training, there are significant barriers to the widespread
roll-out of agricultural nature-positive approaches like cover crops. Key factors include concerns around potential
reduction in yields and increased cost.
플라스틱을 함유한 농산물의 제조 및 관리를 개선하고 비생분해성 플라스틱을 생분해성으로 대체(및 생분해성 향상)하기 위한 조치가 취해지고 있습니다.
그러나 자연에 긍정적인 접근을 평가하는 연구는 제한적이다. 또한 자연 덮개작물과 같이 재검토되고 있는 일부 농업 관행이 있습니다. 곡물 호밀이나 털갈퀴덩굴과 같은 덮개작물은 겨울 동안 심을 수 있으며 파종 또는 심기 전에 제거할 수 있습니다. 완두콩, 갈퀴덩굴, 클로버, 콩과 같은 콩과 식물의 살아있는 덮개작물도 선택사항입니다. 콩과 식물이 질소를 고정시켜 토양 비옥도를 높이고 질소 비료 비용을 줄이기 때문에 주요 작물에 질소를 공급하는 이점이 있습니다. 그러나 상황별 정보와 적절한 교육 및 훈련의 부족으로 인해 덮개작물과 같은 농업 자연에 긍정적인 접근 방식이 널리 보급되는 데 상당한 장벽이 있습니다. 주요 요인에는 잠재적인 수율 감소 및 비용 증가에 대한 우려가 포함됩니다.
While many aspects of agricultural nature-positive food systems can be cost-efficient, such as a reduction in pesticide use potentially offsetting increased labour costs, plastic remains an inexpensive and easy-to-work-with material, making alternative options a hard sell. Increasing
uptake could require policy instruments, capacity-building, and the involvement of interdisciplinary actors, including government, the private sector, academia, and civil society.
To increase nature-positive production, governments need to consider financial incentives that compensate for
reduction in yield and changes to subsidies that favour export-oriented intensive monoculture and chemical use.
Policies also need to disincentivise unsustainable products or practices with, for example, levies on nonbiodegradable
and fossil fuel-based plastics.
농업 자연에 긍정적인 식품 시스템의 많은 측면은 잠재적으로 증가된 노동 비용을 상쇄할 수 있는 살충제 사용의 감소와 같이 비용 효율적일 수 있지만, 플라스틱은 여전히 저렴하고 작업하기 쉬운 재료로 남아 있어 대체 옵션을 판매하기가 어렵습니다. 활용을 늘리려면 정책 도구, 역량 구축 및 정부, 민간 부문, 학계 및 시민 사회를 포함한 학제간 행위자의 참여가 필요할 수 있습니다.
자연 친화적인 생산을 늘리기 위해 정부는 수확량 감소를 보상하는 재정적 인센티브와 수출 지향적인 집약적 단일 재배 및 화학 물질 사용을 선호하는 보조금 변경을 고려해야 합니다.
정책은 또한 예를 들어, 비생분해성 및 화석 연료 기반 플라스틱에 대한 부과와 함께 지속 불가능한 제품 또는 관행을 장려하지 않아야 합니다.
The United Nations Food Systems Summit (2021) acknowledged the importance of a holistic approach to food production that values the conservation of ecosystem services:
유엔 식품 시스템 정상 회담(2021)은 생태계 서비스의 보존을 가치 있게 여기는 식품 생산에 대한 총체적 접근의 중요성을 인정했습니다.
Nature-positive food production systems recognize that biodiversity underpins the delivery of all ecosystem services on which humanity depends and that these are critical for the delivery of the Sustainable Development Goals, the Convention
on Biological Diversity, and the Paris Agreement. Nature-positive food production is characterized by a
regenerative, non-depleting and non-destructive use of natural resources. It is based on stewardship of the environment and biodiversity as the foundation of
critical ecosystem services, including soil, water, and climate regulation.
자연 친화적인 식품 생산 시스템은 생물다양성이 인류가 의존하는 모든 생태계 서비스의 제공을 뒷받침하며 이것이 지속 가능한 개발 목표, 생물다양성 협약 및 파리 협정의 전달에 중요하다는 것을 인식합니다.
자연에 긍정적인 식품 생산은 천연 자원의 재생, 비고갈 및 비파괴적 사용이 특징입니다. 토양, 물, 기후 규제를 포함한 중요한 생태계 서비스의 기초로서 환경과 생물다양성에 대한 관리를 기반으로 합니다.
What are the implications/links for policy?
정책에 대한 의미/링크는 무엇입니까?
Maintaining soil and water health is vital for food security and regulation of the global carbon cycle. Increasing the input of microplastics to agricultural soil could
potentially result in severe impacts, including decrease in soil productivity and transport of microplastics into the aquatic environment (where negative impacts are well documented). Some of the policy implications include:
토양과 물의 건강을 유지하는 것은 식량 안보와 지구 탄소 순환의 규제에 매우 중요합니다. 농업 토양에 대한 미세플라스틱의 투입을 늘리면 토양 생산성의 감소와 수중 환경으로의 미세플라스틱 수송(부정적인 영향이 잘 문서화되어 있는 곳)을 포함하여 잠재적으로 심각한 영향을 초래할 수 있습니다. 정책적 의미는 다음과 같습니다.
• Biosolids formulated from sewage sludge are an important source of nutrients. However, concentrating all the microplastics and associated toxics from
wastewater and sewage into the sludge, which is spread on the crops we eat and washed back into waterways, is not a sustainable model for continued use. Uniform standards need to be developed and implemented in the use of biosolids.
• 하수 슬러지에서 제조된 바이오 고형물은 중요한 영양소 공급원입니다. 그러나 폐수 및 하수의 모든 미세플라스틱 및 관련 독성 물질을 슬러지에 집중시키는 것은 우리가 먹는 작물에 퍼지고 수로로 다시 씻겨 내려가는 지속 가능한 모델이 아닙니다. 바이오 고형물의 사용에 있어 통일된 표준을 개발하고 시행해야 합니다.
• Stopping the introduction of microplastics into wastewater influent is difficult. Changes to product design and manufacture, improved solid waste
management, and the elimination of unnecessary plastics (such as plastic microbeads) is required.
• 폐수 유입수에 미세플라스틱이 유입되는 것을 막는 것은 어렵습니다. 제품 설계 및 제조의 변경, 고형 폐기물 관리 개선, 불필요한 플라스틱(예: 플라스틱 마이크로비드)의 제거가 필요합니다.
• Consumers need to be aware of the role that product choice (especially clothing) makes in the volume of microplastics entering WWTPs. To inform consumers,
a rating system could be developed to indicate the potential of a piece of clothing or fabric to shed microplastics during washing. A tax could be levied on
the sale of clothes that produce microplastics.
• 소비자는 제품 선택(특히 의류)이 WWTP에 유입되는 미세플라스틱의 양에서 차지하는 역할을 인식할 필요가 있습니다. 소비자에게 정보를 제공하기 위해 의류나 천 조각이 세탁 중 미세플라스틱을 흘릴 가능성을 나타내는 등급 시스템을 개발할 수 있습니다. 미세플라스틱을 생산하는 의류 판매에 세금이 부과될 수 있습니다.
• Commercial and household washing machines should be manufactured with a filter capable of removing microplastics during washing.
• 상업용 및 가정용 세탁기는 세탁 시 미세플라스틱을 제거할 수 있는 필터로 제작되어야 합니다.
• Governments need to improve regulations and standards on the biodegradable mulches, seed and fertilizer coatings and other agri-products. An example includes the European Union Regulation (EU)
2019/1009 that restricts polymers added to fertilizer.
By 2026, all added polymers will have to meet new biodegradability criteria (currently being developed; Della Pietra 2019).
• 정부는 생분해성 덮개(멀칭), 종자 및 비료 코팅 및 기타 농산물에 대한 규정과 표준을 개선해야 합니다. 예를 들어 비료에 첨가되는 폴리머를 제한하는 유럽 연합 규정(EU) 2019/1009가 있습니다. 2026년까지 추가된 모든 폴리머는 새로운 생분해성 기준을 충족해야 합니다(현재 개발 중, Della Pietra 2019).
• Policies are required to encourage the improved collection and recycling of non-biodegradable agriplastics.
• 생분해되지 않는 농업용 플라스틱의 수거 및 재활용 개선을 장려하는 정책이 필요합니다.
• Research is required to develop products, such as alternative textiles, that do not shed microplastics during use.
• 대체섬유 등 사용 중 미세플라스틱이 흘러내리지 않는 제품 개발을 위한 연구가 필요하다.
• NGOs and other multi-stakeholder forums can continue to educate consumers and encourage manufacturers (like fast fashion producers) to reduce plastic pollution.
• NGO 및 기타 다중 이해 관계자 포럼은 계속해서 소비자를 교육하고 제조업체(예: 패스트 패션 생산자)가 플라스틱 오염을 줄이도록 장려할 수 있습니다.
Conclusion 결론
While there is still only limited research on the impacts of plastics in soil, there is evidence of negative effects on soil health and productivity, as well as the potential
uptake of microplastics by crops (Rillig et al. 2019).
Now is the time to adopt the precautionary principle and develop targeted solutions for stopping the flow of microplastics into the environment. Preventing microplastics from entering WWTPs and developing and implementing cost-effective mechanisms for removing the microplastics from sewage sludge or during the biosolid processing would be a major step in
reducing soil contamination. In addition, accelerating the manufacture of zero-residue biodegradable plastics that
are affordable (at present non-biodegradable products like LDPE mulch are considerably cheaper than the biodegradable alternatives), would give farmers better options for maintaining soil health. Finally, it’s time to revisit farming practices that work with nature. A better
understanding and quantifying of the environmental benefits of nature-based solutions is needed. A true comparison of the costs and benefits of different
approaches can only be made if the full range of ecosystem services is assessed, and the full life cycle of each approach or product is analysed.
토양에 플라스틱이 미치는 영향에 대한 연구는 아직 제한적이지만 토양 건강과 생산성에 대한 부정적인 영향과 작물에 의한 미세플라스틱의 잠재적 흡수에 대한 증거가 있습니다(Rillig et al. 2019).
이제 사전 예방 원칙을 채택하고 미세플라스틱이 환경으로 유입되는 것을 방지하기 위한 목표 솔루션을 개발할 때입니다. 미세플라스틱이 WWTP에 유입되는 것을 방지하고 하수 슬러지 또는 바이오솔리드 처리 중에 미세플라스틱을 제거하기 위한 비용 효율적인 메커니즘을 개발 및 구현하는 것은 토양 오염을 줄이는 주요 단계가 될 것입니다. 또한 저렴한(현재 LDPE 덮개_멀칭과 같은 비생분해성 제품은 생분해성 대안보다 상당히 저렴함) 잔류물이 없는 생분해성 플라스틱의 제조를 가속화하면 농부들에게 토양 건강을 유지하기 위한 더 나은 옵션을 제공할 수 있습니다. 마지막으로 자연과 함께 하는 농업 관행을 다시 살펴볼 때입니다. 자연 기반 솔루션의 환경적 이점에 대한 더 나은 이해와 정량화가 필요합니다. 다양한 접근 방식의 비용과 이점에 대한 진정한 비교는 생태계 서비스의 전체 범위를 평가하고 각 접근 방식 또는 제품의 전체 수명 주기를 분석하는 경우에만 가능합니다.
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#미세플라스틱 시험분석 기술서비스 및 #시험표준개발 전문 #국제공인시험기관(KOLAS)
#한국분석과학연구소 (#KIAST )
- 시험/분석: #환경(수질/토양/대기/폐기물), #식품(음료/벌꿀/주류/소금/어패류/해조류),
#세탁폐수 (#미세섬유 )/#세탁망/필터, #화장품 /#치약 /#생활화학제품, 각종 #식품용기 (#티백 /#젖병 /#종이컵 등)
- 표준개발: ISO/TC61/SC14, TC38, TC147/SC2&SC6 (Microplastics) Korean Delegate
#IEC/TC 111/WG 3 & JWG 14 Co-Convenor
#IEC 62321-3-2(#Halogen ),-10 (PAHs), -13(#BPA ), -14(#SCCP/MCCP ) Project leader
- 분석장비: #TED-GC-MS, #micro-FT-IR, #micro-Raman, #ICP-MS, #XRF, #Combustion-IC 등
- ISO/IEC 17025 (국제공인시험기관, KOLAS) 인정 연구소
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