정수장의 활성탄이 "최종처분장"으로? 약품도 고온도 필요 없는 — PFAS를 "갈아서" 없애는 신기술의 충격

“영원한 화학물질”을 갈아버려라——PFAS 분해의 새로운 한 수

“포에버 케미컬(영원한 화학물질)”이라 불리는 PFAS를, 상온·상압에서, 게다가 추가 약품이나 열도 사용하지 않고 파괴한다——.

그런 꿈같은 방법이 미국 클락슨 대학 연구팀에 의해 보고되었습니다. 스테인리스 볼 밀에 PFAS를 흡착시킨 활성탄을 넣고, 덜컹덜컹 돌리기만 하면 됩니다. 너무 간단해서 의심스러울 정도인 이 방법이, 정말로 PFAS를 “지워버린다”는 것입니다.Phys.org

PFAS란 무엇인가? “편리함”과 “끈질김”의 두 얼굴

PFAS(퍼플루오로알킬/폴리플루오로알킬 물질)는 내열성, 발수성, 기름 방지 성능에 뛰어난 인공 화학물질의 총칭으로, 그 수는 1만 종류 이상이라고 합니다. 프라이팬의 눌어붙음 방지 코팅, 발수 가공 아웃도어웨어, 내유지 종이 식품 포장, 거품 소화제 등, 우리의 일상 곳곳에서 사용되어 왔습니다.CHEM Trust

그러나 그 한편으로, PFAS는 자연계에서 거의 분해되지 않으며, 환경 중이나 인간의 체내에 계속 축적된다는 것이 밝혀지고 있습니다. 혈액이나 모유에서 검출되는 사례도 많고, 면역 기능 저하, 암 위험 증가, 간과 신장 손상, 불임 등과의 관련을 지적하는 연구가 잇따르고 있습니다.유럽환경청

유럽에서는 PFAS 오염이 심각한 사회 문제로 대두되고 있으며, 프랑스는 화장품이나 섬유 제품 등을 대상으로 포괄적인 PFAS 금지법을 가결했습니다. 소방용 거품 소화제에 대해서도 EU 차원에서 단계적인 사용 제한이 진행되고 있습니다.Reuters

일본을 포함한 세계 각지에서, 음료수나 토양, 야생 동물에서 “역대 최고 수준”의 PFAS가 검출되었다는 뉴스가 끊이지 않습니다.AP News

“흡착은 가능하지만 그 후 어떻게 할 것인가?” 활성탄 처리의 딜레마

PFAS 오염 대책으로 현재 널리 사용되고 있는 것이, 입상 활성탄(GAC)에 의한 흡착입니다. 활성탄은 무수한 미세 구멍을 가지고 있어, PFAS 등의 유기 오염 물질을 표면에 붙여 제거할 수 있습니다. 실제로 많은 정수장이나 가정용 정수기에서 이 원리가 이용되고 있습니다.환경보호청

그러나 큰 과제가 하나 있습니다. “PFAS로 가득 찬 사용 후의 활성탄을 어떻게 처리할 것인가”입니다.

• 그대로 매립하면, 시간이 지나 PFAS가 스며 나올 가능성이 있습니다.

• 고온 소각하면 분해는 진행되지만, 많은 에너지가 필요하고, 분해가 불완전하면 다른 유해 물질이 나올 우려도 있습니다.

• 약품을 사용한 분해법에서는, 약제 비용이나 부생성물의 처리가 문제가 됩니다.

PFAS를 “잡는” 기술은 갖춰지고 있지만, “안전하게 처리하는” 해결책은 아직 결정적인 것이 부족했습니다. 여기서 이번 연구가 파고듭니다.Phys.org

볼 밀로 덜컹덜컹… 그것만으로 PFAS가 사라진다?

클락슨 대학 연구팀이 주목한 것은, 재료를 분쇄하는 데 사용되는 스테인리스 볼 밀입니다. 원통형 용기 안에서, 몇 센티미터 크기의 강구가 굴러다니며, 부딪히면서 내용물을 잘게 부수는 장치로, 광산이나 재료 과학 분야에서는 익숙한 기계입니다.Phys.org

연구에서는, PFAS를 흡착시킨 입상 활성탄을 이 볼 밀에 투입하고, 강구와 함께 회전시켰습니다. 그러자 볼끼리나 볼과 용기, 활성탄이 격렬히 마찰하면서 “트라이보일렉트론”이라 불리는 전자가 발생하고, 그 전자가 탄소와 PFAS 사이에서 반응을 일으킵니다. 결과적으로, PFAS 분자의 강력한 탄소–불소 결합이 절단되어, 단계적으로 분해되어 가는 메커니즘이 제시되었습니다.Phys.org

중요한 것은, 이 프로세스가 다음 조건에서 성립했다는 것입니다.

• 추가 약품을 전혀 사용하지 않는다(첨가제 프리)

• 특별한 가열이나 용매도 필요 없이, 실온에서 실시 가능

• 이미 널리 사용되고 있는 입상 활성탄을 그대로 원료로 처리할 수 있다

실험에서는, 장쇄형·단쇄형을 포함한 여러 종류의 PFAS에 대해 거의 완전한 분해가 확인되었고, 처리 후의 활성탄을 “매립 조건”에 가까운 환경에서 테스트해도 PFAS의 용출은 검출 한계 이하였다고 보고되었습니다.Phys.org

왜 “단순함”이 큰 뉴스인가

PFAS 분해 연구는 최근 몇 년간 전 세계적으로 활발히 진행되고 있습니다. 고에너지 플라즈마나 초음파, 광촉매, 특수 환원제 등을 조합하는 방법도 제안되고 있지만, 대부분은 전용 장치가 필요하거나, 약품 비용이나 부생성물의 리스크가 걸림돌이 되고 있었습니다.SpringerLink

이번 방법의 강점은, 무엇보다도 “단순함”에 있습니다.

1. 기존 인프라와의 친화성
   많은 정수장은 이미 GAC 처리 설비를 가지고 있습니다. PFAS를 흡착한 후, 그 GAC를 모아서 볼 밀에 투입하면 되므로, 프로세스의 추가가 비교적 이해하기 쉽습니다.

2. 설비가 전문적이지 않다
   볼 밀 자체는 특별한 실험 기기가 아니라, 광산·시멘트·배터리 재료 등 다양한 산업에서 일반적으로 사용되는 장치입니다. 스케일업의 이미지가 쉬운 것은 큰 장점입니다.

3. 약품 없이 부생성물의 우려가 적다
   약품을 첨가하지 않기 때문에, 처리 후의 고체나 배출가스에 미지의 부생성물이 다량 포함될 리스크가 낮아집니다. 물론 상세한 평가는 앞으로 필요하지만, “가능한 한 아무것도 더하지 않는다”는 방침은 환경 기술로서 매력적입니다.

연구자들은, 처리 후의 활성탄이 매립 처리에 견딜 수 있음을 보여주며, “PFAS로 오염된 활성탄을 안전하게 ‘끝내는’ 단순한 경로가 될 수 있다”고 말하고 있습니다.Phys.org

SNS는 어떻게 반응했는가? 희망·회의·분노가 교차

이 뉴스가 보도되자, X(구 Twitter)나 Reddit, LinkedIn 등의 SNS에서는 다양한 반응이 쏟아졌습니다. 여기서는 전형적인 목소리를 몇 가지 소개해 봅니다(모두 취지를 요약한 것입니다).

1. “드디어 ‘영원’이 아니게 될지도!”라는 환희

“PFAS 뉴스는 항상 어두운 이야기뿐이었는데, 이건 오랜만에 희망을 가질 수 있는 것 같다”

“전기나 약품이 거의 필요 없다면, 지방의 작은 정수장에서도 도입할 수 있을 것 같다”

오랫동안 “어떻게 해도 사라지지 않는” 상징이었던 PFAS에 대해, 기계적인 분쇄라는 의외의 접근이 결정타가 될지도 모른다는 점에, 많은 사용자가 기대를 숨기지 못하는 모습이었습니다.

2. “실증 규모까지 보고 나서”라는 신중파

“랩 수준에서 ‘완전 분해’라는 말을 여러 번 들어왔다. 산업 규모로 몇 톤을 처리했을 때 어떻게 될지가 승부”

“에너지 소비나 장치의 마모, 유지보수 비용은 제대로 계산되었는가?”

환경공학이나 물 비즈니스에 관련된 전문직으로부터는, 냉정한 지적도 다수. 분쇄에는 상당한 에너지가 필요하며, 강구나 밀의 마모로 인한 금속 오염 등 새로운 과제도 예상됩니다.

3. “애초에 PFAS를 계속 만드는 것을 멈춰야 한다”는 분노

“아무리 ‘파괴할 수 있는’ 기술이 나와도, 수도꼭지를 잠그지 않으면 욕조가 넘칠 뿐”

“오염의 대가는 항상 납세자와 주민이 지불한다. PFAS 제조사가 처리 비용을 부담하는 구조를 만들지 않으면”

PFAS를 둘러싸고는, 유럽 각지에서 대규모 오염이 발견되고, 막대한 정화 비용과 건강 피해가 사회 문제화되고 있습니다.The Guardian

그 문맥에서 이번 기술을 보는 사람들은, “신기술은 환영하지만, 규제와 기업 책임의 논의를 흐리는 도구로 삼아서는 안 된다”고 경계감을 보이고 있습니다.

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