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PFAS 분해하는 새로운 방법...오염 문제 해결 가능성
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PFAS 분해하는 새로운 방법...오염 문제 해결 가능성
  • 이민준 기자
  • 승인 2022.08.19 17:26
  • 댓글 0
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최근 PFAS가 간암 위험을 높인다는 강력한 연관성 밝혀내
사이언스지 발표된 연구, PFAS를 분해하기 위한 새로운 저온 광물화 기술
"PFCA 분해에 대해 즉시 유망, 다른 PFAS 클래스에 일반화할 수 있어"

PFAS(per- and polyfluoroalkyl substances, 과불화화합물). 광범위한 산업 공정과 제품, 직물과 식품 용기의 방수와 얼룩 방지 기능, 화재 진압용 폼의 구성 요소 등 셀 수 없이 다양한 영역에서 널리 사용되고 있는 이 중요한 화학물질은 그 종류가 1만2천여 가지에 달한다고 알려져 있다.

수년 동안 PFAS가 비활성이면서 독성이 없는 것으로 인식되었고, 환경이나 생태계에 미치는 영향을 고려하지 못하고 무분별하게 사용되어 왔다. 환경에 지속적으로 생물학적 축적과 함께 PFAS의 오염은 매우 낮은 수준이라고 하더라도 만성적으로 노출되면 암을 비롯해 갑상선 질환, 간 손상, 고콜레스테롤, 면역 반응 감소, 저체중 출생 등 건강에 부정적인 영향을 미친다.

'다민족 코호트에서 퍼플루오로알킬 물질에 대한 노출 및 간세포 암종의 위험' /JHEP Reports 갈무리
'다민족 코호트에서 퍼플루오로알킬 물질에 대한 노출 및 간세포 암종의 위험' /JHEP Reports 갈무리

최근 유럽 간 연구 협회 학술지 JHEP Reports에 발표된 미국의 서던 캘리포니아 대학 연구에서 간암 환자 50명과 간암이 없는 대조군 50명의 혈액과 조직 샘플을 검사한 결과 PFAS가 간암 위험을 높인다는 강력한 연관성을 다뤘다. 특히 PFOS 수치가 상위 10% 안에 드는 사람은 하위 10%에 해당하는 사람보다 간암 발생률이 4.5배 높았다.

일상의 편의를 위해 개발되었지만 수십 년이 지난 지금까지 파악도 어려울 뿐만 아니라 고유한 잔류성으로 인해 우리 삶을 위협하고 있는 PFAS 오염 문제의 해결과 관리 방법은 아직도 명확하지 않다.

이를 해결할 방법은 없는 걸까?

환경에서 PFAS를 제거하는 기술이 존재하지만 연구자들은 지금까지 제거 후 화학 물질을 완전히 분해하는 방법을 아직 파악하지 못했다. PFAS를 분해하는 인공 공정은 비용이 많이 들고 에너지 집약적이다.

18일 사이언스지에 발표된 연구에서 PFAS를 분해하기 위한 새로운 저온 기술의 효과를 기술했다. 

'퍼플루오로카르복실산의 저온 광물화' /사이언스지 갈무리

연구에 따르면 PFAS 분해는 PFAS에 바람직한 특성을 부여하는 강한 C-F 결합으로 인한 분해 저항력 때운에 어려운 작업이다. 가혹한 PFAS 분해 방법에는 소각, 초음파 처리, 플라스마 기반 산화, 전기화학적 분해, 초임계수 산화, 아황산염 또는 철·화학 및 에너지 입력의 기타 조합이 있지만, 연구팀은 퍼플루오로알킬 종의 반응성을 활용하면 PFAS 오염 문제를 해결하기 위한 보다 온화한 대안을 제공할 수 있다고 설명한다.

해당 연구에서 확인된 분해 경로의 개요 (DMSO와 같은 극성 비양성자성 용매에서 PFCA를 가열하면 PFCA가 1H-퍼플루오로알칸으로 탈탄산된다. 이 반응이 NaOH의 존재하에서 수행되었을 때, PFCA는 플루오르화물, 나트륨 트리플루오로아세테이트 및 비플루오르화 탄소 함유 생성물로 광물화되었다. 1H-퍼플루오로알칸은 더 낮은 온도에서도 동일한 분해 과정을 거쳤다. 전산 연구는 해당하는 퍼플루오로알켄이 중간체일 가능성이 있음을 확인했으며 7탄소 퍼플루오로알켄의 진정한 표준이 분해에 적합했다.) /사이언스지 갈무리

"쌍극자 비양성자성 용매가 저온에서 PFAS 화합물의 가장 큰 부류 중 하나인 퍼를루오로카르복실산(PFCA)을 탈탄산 시켜 온화한 조건으로 광물화된 반응성 퍼플루오르알킬 음이온에 접근했다"

"다양한 사슬 길이의 PFCA는 온화한 온도(80 ~ 120°C) 및 주변 압력에서 물과 디메틸 설폭사이드(DMSO)의 혼합물에서 NaOH의 존재하에 효율적인 광물화을 일으키고, 이러한 조건에서 과불화옥탄산(PFOA)은 90% 이상의 탈불소화와 최소의 탄화플루오르 부산물로 완전히 분해된다. 이 반응성 모드는 PFCA 분해에 대해 즉시 유망하며 극성 그룹을 활성화하는 방법이 확인됨에 따라 다른 PFAS 클래스에 일반화할 수 있음을 증명할 수 있다”

모든 PFAS 화합물은 지금까지 거의 파괴되지 않는 공통된 특성을 가지는데 이는 불소화된 탄소 원자가 하나 이상 있다. 새로운 공정은 물과 쌍극성 비양성자성 용매인 디메틸 설폭사이드(DMSO)의 혼합물을 사용하여 화합물을 '탈불소화'하고 상대적으로 무해한 두 가지 물질인 탄소 및 무기 불화물을 남긴다.

연구원들은 그들의 방법이 다른 하위 클래스의 PFAS를 다루기 위해 확장될 수 있을 것으로 기대한다. 또한 다른 방법과 달리 이 접근 방식은 낮은 수준의 에너지를 필요로 한다고 말한다.

다만, 연구원들은 이 연구 결과가 예비적이며 그 방법은 상업적 수준으로의 확장과 적용 준비가 되지 않았다고  강조했다.

수돗물 /사진=픽사베이

18일 가디언지에서 노스웨스턴 대학의 연구원이자 이번 연구의 공동 저자인 윌 디히텔(Will Dichtel)은 "이것들로 무엇을 할 것이며, 어떻게 물을 깨끗하게 할 수 있는가에 대한 만족스러운 답변을 받은 적이 없다"면서 "우리는 약 7년 동안 PFAS를 분해하는 방법을 개발해 왔으며, 이 발견이 의미가 있다"고 말했다.

또한 화학 물질은 독성 수준이지만 매우 낮은 농도로 물에서 발견되므로 먼저 역삼투, 입상 활성탄 또는 기타 여과를 사용하여 오염된 물에서 제거해야 하며, 화학 물질이 폐수에 농축되면 새로운 방법을 사용하여 처리할 수 있다고 연구원들은 밝히고 있다.

독성 화학물질인 PFAS가 미국에서 현재 2억 명이 넘는 사람들의 식수 공급을 오염시키는 것으로 간주되며, 이와 같은 PFAS 화합물을 분해하는 새로운 방법이 전 세계적인 광범위한 환경오염을 해결하는 데 중요한 돌파구를 나타낼 수 있다고 가디언지는 주목했다.

'미생물은 가장 단단한 PFAS를 분해할 수 있다' /UC Riverside 갈무리

한편, 지난 6월에 UC Riverside 연구팀이 미생물로 불소화 카르복실산(FCAs)이라고 불리는 특히 완고한 종류의 PFAS(과불화합물)를 선택적으로 분해할 수 있다는 연구결과를 발표하기도 했다.

케미컬뉴스 이민준 기자


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