"PFAS 파괴, 영원히 남아있는 화학물질 완전 분해"

과학자들이 북극, 가장 가까운 공장에서 수천 킬로미터 떨어진 곳, 눈에서 합성 화학 물질을 발견했다. 동일한 화학 물질은 모든 대륙의 빗물에서도 검출되었으며, 검사 대상자의 혈액에서도 거의 모두 검출되었다.  

PFAS(과불화알킬 물질)는 열, 물, 화학적 분해에 저항하도록 설계되었으며, 때로는 그 역할을 너무 잘 수행한다. 기존의 처리 방식으로는 식수에서 PFAS를 제거할 수 있지만, 이는 단지 다른 곳으로 이동시키는 것에 불과하다. PFAS를 완전히 파괴하려면 유기화학에서 가장 강력한 결합 중 하나이자 PFAS가 오랫동안 잔류하는 이유인 탄소-불소 결합을 끊어야 한다. 현재 여러 가지 접근 방식이 이러한 결합을 끊을 수 있음을 입증했다.

한 가지 방법은 물을 임계점 이상으로 가열하여 액체나 기체를 넘어선 상태로 만드는 것인데, 이 상태에서 PFAS 분자는 용해되고 물, 이산화탄소, 무기염으로 분해된다. 또 다른 방법은 오염된 물을 특수 전극에 통과시켜 전류를 사용하여 PFAS 분자에서 직접 전자를 제거하는 것이다. 이 방법은 특히 고농축 산업 폐수 처리에 적합하다. 세 번째 방법은 자외선을 이용하여 촉매를 작동시켜 탄소-불소 결합 자체를 표적으로 하는 정밀한 화학 에너지를 발생시키는 것이다. 각 방법은 서로 다른 오염 문제에 적합하다.

도시 식수, 산업 폐수, 수십 년간 사용되어 남은 고농축 화학물질은 각각 양, 농도, 화학적 성질 면에서 뚜렷한 문제점을 안고 있다. 가장 효과적인 시스템은 여과와 분해를 순차적으로 결합하여 이러한 문제를 해결하는 것이다. 먼저 PFAS를 농축한 후 분해하는 방식이다. 이러한 접근 방식 덕분에 대규모 적용이 가능하며, 관련 분야에서 꾸준히 발전시켜 온 방향입니다.

규제는 실험실 시연에서 실제 적용으로의 전환을 가속화하는 데 도움이 되었다. 유럽 연합은 2020년에 식수 내 PFAS에 대한 법적 구속력이 있는 제한 기준을 채택했다. 이후 미국, 일본, 호주의 규제 당국도 같은 방향으로 나아갔다. 이제 PFAS를 억제하는 것보다 분해하는 데 대한 법적 인센티브가 증가함에 따라 그 결과가 나타나기 시작했다.

미시간주 그랜드래피즈에서는 2023년부터 매립지 유출수에서 추출한 PFAS를 지속적으로 제거하는 시설이 운영되고 있는데, 이는 상업적 규모에 도달한 최초의 시설 중 하나다. 오염 환경의 다른 한쪽 끝에서는 주요 PFAS 생산업체인 다이킨 공업이 자외선 광화학적 분해를 이용하여 17만 갤런이 넘는 자사 산업 폐수를 처리하는 대규모 현장 시험을 완료했다. 이 두 사례는 도시 지하수의 기존 오염에서부터 활성 산업 폐수 흐름에 이르기까지, 이전에는 불가능했던 곳에서도 분해가 가능해졌으며, 탄소-불소 결합이 영원히 더 지속된다는 보장이 없다는 것을 보여준다.

“인공지능 기반 자동화는 수질 변화 및 오염 수준에 따라 운영 조건을 조정함으로써 PFAS 분해 기술과 전반적인 처리 성능을 더욱 향상시킬 수 있다”고 칭궈 황(Qingguo Huang) 교수(University of Georgia; Frontiers In Environmental Engineering)는 말했다.

[더사이언스플러스=문광주 기자]

[저작권자ⓒ the SCIENCE plus. 무단전재-재배포 금지]