기획분석 3-일본은 과불화화합물 제거기술 개발, 한국은 침묵- 수질감시항목에서 수질검사항목으로 속히 지정해야

[환경경영신문]

기획분석 3-일본은 과불화화합물 제거기술 개발, 한국은 침묵

소니 과불화화합물(PFAS) 제거기술 Triporous 개발 성공

일본정부 소니제품, 활성탄, 루미라이트 3개 제품 비교연구

과불화물 제거율 루미라이트가 소니보다 2배, 활성탄보다 10배

일본 소니 Seiichiro Tabata  박사

미국, 유럽, 일본등 전 세계적으로 물관리에 공포의 대상이 되고 있는 과불화화합물 처리기술이 일본 소니그룹에서 개발되어 관심을 모으고 있다.

과불화화합물은 인공으로 만든 유기 불소 화합물을 통칭하는데 '피포스(PFOS)'와 '피포아(PFOA)' 등 종류만 4천7백 개가 넘는다.

쉽게 분해되지 않고 몸 안에 계속 쌓여 '좀비 화합물'로도 불리며 신장암을 유발하거나 어린이 성장을 저해할 가능성이 있는 유해 물질로 2000년대 이후 주목을 받고 있다.

이같은 사회환경에서 수돗물에 있어서 세계적으로 공포의 확산이 되고 있는 과불화화합물(PFAS)을 흡착제거하는 기술 ‘Triporous’ 을 발명했다고 일본 소니그룹이 최근 발표하여 화재다.

소재 개발을 주도한 Seiichiro Tabata 박사(기술개발을 한 중소 기업을 소니가 인수)는 배터리 소재에 관한 기본 연구 과정에서 새로운 다공성 물질 ‘Triporous TM’을 개발하면서 시작되었다. 개발된 소재는 쌀겨(왕겨)를 활성화하면서 다양한 크기의 3가지 유형의 구멍(기공)을 발견하게 된다. 그래서 발명 소재 이름도 3을 의미하는 tri로 작명하게 된다. 다른 재질에서 찾을 수 없는 독특한 미세 구조를 형성하고 있어 이를 다양한 분야에 활용할 수 있다는 것을 착안하여 본격적인 연구개발을 하였다. 아직은 다양한 분야에 적용하는 연구가 지속되고 있지만 우선적으로 수돗물 정화에 접목하여 과불화화합물을 제거할 수 있다는 것을 밝혀냈다.

소니측은 공기정화등 타 목적에도 적용하기 위한 연구로 확산하고 있다.

소니그룹은 일본의 다국적 복합기업으로 엔터테인먼트, 금융, 반도체, 전자제품 등에 진출하고 있다. 오늘날 방송기재 분야에서는 독보적인 위치를 차지하고 있다. 소니는 전 세계 비디오 게임 회사 매출 순위 2위의 기업이며, 매출 기준 세계 TV 시장 점유율 10위권, 세계 반도체 판매 순위에서 20위권 내에 포함되는 기업이다

왕겨를 활용한 활성탄 대체상품 개발은 국내에서도 10여 년 전 일부 활성탄 제조업체가 왕겨와 밤껍질을 활용한 활성탄 대체제품개발을 위한 시험연구를 했었다.

그러나 왕겨의 생산량이 일정하게 유지되지 않고 단순한 1차 연구인 활성탄대체용으로만 활용하기에는 부가가치가 낮아 연구는 아쉽게도 지속되지 않았다.

일본 소니의 왕겨를 활용한 기술개발은 고효율에 활용될 수 있는 부가가치 높은 용도로 개발하므로서 시장성을 지닐 수 있다고 판단하고 있다.

트리포러스(Triporous)에는 3가지 유형의 기공이 있어 입자가 큰 유기물질도 흡착하여 과불화화합물과 같은 물질을 일반 활성탄보다 효율적으로 빠르게 흡착한다.

이같은 성과로 일본 발명 및 혁신협회(Japan Institute of Invention and Innovation)는 이 제품에 대해 ‘21세기 발명 격려상과 21세기 기여상’을 수상했다.

소니는 그동안 철저한 기업비밀속에 「소니, 카지마, 케미컬그라우트, 산리코, 오사카종합물연구소, 오키나와 환경연구센터 」등과 지속적인 연구를 진행해왔다.

과불화화합물은 1940년대와 1950년대에 3M과 듀폰사가 열적및 화학적 안정성 때문에 제조에 사용하기 시작했다. 오늘날 PFAS는 계면활성제, 표면 코팅, 의류, 반도체, 가구, 항공기, 금속 도금, 석유 생산 및 비점착조리기구 등 다양한 분야에서 널리 사용되므로서 먹는물에서의 PFAS의 검출은 세계적인 21세기 최고의 화두로 꼽히고 있다. 우리나라는 2018년 감시항목으로 지정한 이후 아직도 수질검사항목으로는 지정되지 않고 있는 상태이다.

과불화화합물에 대해 미국 EPA는 2024년 4월 10일 6가지 PFAS 물질에 대한 최종 국가 1차 먹는물규정(NPDWR)을 발표하여 먹는물 수질검사항목으로 지정했다.

EPA의 기준은 PFOA와 PFOS는 4.0 ppt, PFHxS와 PFNA는 10ppt 로 설정해 놓고 있다. 하지만 우리나라는 감시항목조차 PFOA와 PFOS는 70ppt, PFHxS는 480ppt로 설정해 놓고 있다.(일본은 50ppt로 지정)

따라서 미국인이 한국인보다 건강에 약하고 항생적 효력이 없어서 한국인이 높은 농도로 기준을 설정했냐는 비판을 받고 있다.(환경경영신문 2024년 8월20일)

일본에서는 대학연구팀이 도쿄도 남부에 위치한 다마강이 흐르는 다마 지역 주민 650명을 대상으로 혈액 검사를 실시한 결과 2년 전 조사 때 전국 평균치의 2.4배가 넘는 것으로 나타났다. 교토대 하라다 고지교수는 다마 지구에서 수돗물을 평소 사용하는 사람들은 PFAS의 혈중 농도가 높다며 이 지역 수돗물을 주요 원인으로 지목하며 취수원 상류에 있는 요코타 미군 기지를 오염원으로 예상된다고 밝힌바 있다.(다마시는 인구가 14만명으로 점차 인구가 감소되고 있으며 급격하게 실버촌이 되고 있다.)

우리나라에서는 지난 23년 ‘수돗물 중 미규제 미량유해물질 관리방안 연구’(상하수도연구과/상하수도연구과는 24년으로 폐지)에서 수돗물 수질감시항목으로 운영되고 있는 PFOA의 검출빈도가 83%로 가장 높았고 PFOS, PFHxS와 함께 전년 대비 평균농도가 증가하는 것으로 나타났다.

루미라이트 전시부스를 찾은 전문가들의 관심도가 높았다

과불화합물에 대해 관심도가 높은 일본정부는 최근 3년간 기존의 활성탄(요오드흡착력 1000 mg 이상의 고품질 활성탄)과 소니사의 트리포러스(Triporous), 그리고 한국인(하천환경종합기술연구소 박기호박사)이 개발에 성공하여 일본에서 녹조제거제로 활용되고 있는 루미라이트 3개 제품에 대해 지속적인 모니터링을 실행해왔다. 루미라이트에 대해서는 한국의 (재)한국환경수도연구원(이사장 김정근)에서도 수처리제로서의 성능시험을 한 결과 pH 9.7,체잔류물 99.9%이상, 경도 99.9%이상, 염기치환용량은 333이 나왔으며 비소,납,카드뮴,수은등은 모두 불검출되어 높은 효율을 보여주고 있다.

오사카 종합물연구소가 루미라이트 α(루미라이트 규소 광물질의 정사면체 상부에 영구전하(표면 이온 치환)를 붙인 미세 이온 흡착물질)의 흡착 성능을 분석한 과정과 결과는 다음과 같다.

▶ 조제수에 PFAS 표준 3물질(PFOS, PFOA, PFHxS)을 첨가한 시료수를 평형에 이를 때까지(5일간 진탕) 분말 담체를 접촉시켰을 경우, 루미라이트 α 파우더 쪽이 분말활성탄보다 어떤 주입률에서도 더 많은 양을 흡착했다.

▶ 카르복실산계 C4~C10, 설폰산계 C4~C9, HFPO-DA(GenX)의 혼합 표준액을 조제수에 첨가(각 농도 20~40ng/L로) 조정한 시료수를 이용하여 4시간까지 단시간 접촉 실험한 경우 모든 물질에서 루미라이트 α 파우더 쪽이 분말 활성탄보다 흡착율이 높았다.

흡착율이 높은 이유는 ▶ 루미라이트 α 표면이 양이온으로 전하치환 되어 있기 때문에, 음이온 형태가 많은 PFAS가 강하게 흡착되기 때문이다.

▶ 고농도 PFAS (100-1200 μg / L) 샘플 40 mL의 경우, 2g 루미라이트 α (칩)로 완전히 흡착시켰다.

가열 재생 시험에서는 ▶ 400℃(단산소 상태, 환원상태)에서 재생한 루미라이트 α 는, 최초의 루미라이트 α 와 PFAS 흡착 성능이 같은 정도로 유지되고 있어 가열에 의한 성능 저하는 없었다. ▶ 고농도 PFAS를 흡착한 루미라이트 α 는 400℃ 가열로 PFAS를 거의 탈착하고 있었다.

따라서 루미라이트 α는 재생으로 활용해도 효능이 안정적이라는 결과를 낳았다.

일본은 정부와 동경시등과 민간 연구기관인 ㈜종합 물연구소(Mizuken)등에서 활성탄을 중심으로 상대비교연구(PFCA, PFCS, PFOA,PFHxS)한 결과 활성탄(기존의 정수장 수처리용으로 사용한 활성탄)에 비해 소니의 트리포러스 가 활성탄보다 3~5배 효과가 크며 루미라이트는 활성탄보다 10 배정도 효과가 크다는 것을 밝혀냈다.

원료 단가면에서는 활성탄이 톤당 2천만원이지만 루미라이트는 활성탄의 1.5배 정도인 3천만원에서 4천만원으로 비교적 경쟁력이 있으나 소니의 트리포러스는 톤당 1억 7천만원으로 가격 경쟁에서 큰 격차를 보여주고 있다.

우리나라는 최근들이(1-2년사이) 과불화합물이 세계적인 관심사라는 것을 학회 세미나들에서 발표되고는 있지만 위험성만 강조되고 있을 뿐 그 대안 모색이나 제거기술과 같은 연구는 부재한 상태이다.

수자원공사가 과불화합물에 대해 본격 연구를 25년 상반기부터 진행할 예정이며 서울시 물연구원과 국립환경과학원에서는 수질검사항목으로의 지정여부등에 대한 기초연구만 지속되고 있는 실정이다.

이에 대해 환경국제전략연구소 김동환박사는 “과불화합물과 같은 물질에 대한 위해성에 대해서는 이미 세계적으로 충분히 인지되어 있다. 문제는 이에 대한 대응조치가 필요하다. 과불화합물이 생성될 수 밖에 없는 화학적 처리를 하여 제품생산을 하는 기업들과 정부는 관,민이 합동으로 제거 물질에 대한 연구에 박차를 가해야 한다, 민간기업은 ESG경영 차원에서 적극적으로 참여해야하고 책임감과 의무감을 가져야 한다, 다행히 일본에서 효능 평가에서 우수하다는 평가를 받고 있는 ‘루미라이트’ 는 한국인이 개발한 제품이다. 그러나 한국에서는 환영받지 못하다가 일본에서 높은 평가를 받고 일본 신기술을 한국 제품으로는 최초로 지난 24년 받았다. 문제점이 있으면 이를 개선하거나 제거하는 기술등도 병행하여 연구개발을 해야 한다, 단순 1회성 분석이 아니라 소재별로 지속적으로 모니터링 하여 정수처리 공정, 하천관리, 지하수관리등에 이같은 신물질 제거기술을 응용한 공법과 시스템 개발을 통해 수처리의 새로운 혁신적 방향을 정립해야 한다.”고 강력히 권고하고 있다.

(환경경영신문www.ionestop.kr 서정원 전문기자)