KAIST "분해 어려워 골머리 '과불화합물'…신속 제거 기술 개발"

'과불화합물(PFAS)'은 자연에서 거의 분해되지 않는 탓에 '영원한 화학물질'이라고도 불린다. 프라이팬 코팅제와 반도체 공정 등에 필요한 물질이지만 사용 후에는 수돗물과 하천 오염의 원인이 돼 인류 건강에 장기적 위협 요소가 된다는 우려가 혼재됐다. 필요는 하지만 사용 후 처리 부문에서는 '골머리'를 앓아야 했다.

최근 이 같은 문제를 해결할 기술이 개발돼 주목받는다. KAIST와 국제 공동연구진이 기존보다 1000배 빠르게 PFAS를 기존보다 1000배 빠르게 제거할 수 있는 기술을 개발하는 데 성공했다.

(왼쪽부터) 김건한 부경대 교수, 정명균 라이스대 박사, 강석태 KAIST 교수, 마이클 웡 라이스대 교수. KAIST 제공

KAIST는 건설 및 환경공학과 강석태 교수 연구팀이 부경대 김건한 교수와 미국 라이스대 마이클 S. 웡(Michael S. Wong) 교수 연구팀, 옥스퍼드대, 버클리국립연구소, 네바다대 등과 공동으로 물속 PFAS를 빠르게 흡착·제거할 수 있는 새로운 기술을 개발했다고 30일 밝혔다.

PFAS는 탄소(C)와 플루오르(F)의 결합으로 이뤄진 화학물질의 집합 물질이다. 절연성과 내열성 성능이 우수해 프라이팬 코팅제, 방수 의류, 윤활유, 반도체 공정, 군수·우주 장비 등 다양한 산업 분야에서 폭넓게 사용되고 있다.

하지만 사용 및 폐기 단계에서 환경으로 유출된 PFAS는 토양·물·대기를 오염시키고, 식품과 공기를 매개로 인체에 축적되는 것으로 알려졌다.

실제 미국 수돗물의 45%, 유럽 하천의 50% 이상에서 PFAS 농도가 환경기준을 초과했다는 조사 결과(2020년)가 나왔다. 문제는 인체에 축적된 PFAS가 거의 배출되지 않고 면역력 저하와 이상 지질혈증, 성장 저해, 신장암 등 각종 건강 문제를 야기할 수 있다는 점이다.

같은 이유로 유럽연합(EU)은 산업 전반에서 PFAS 사용을 단계적으로 금지했고, 미국은 2023년부터 제조·수입업체 보고를 의무화했다.

지난해는 PFOA(퍼플루오로옥탄산)·PFOS(퍼플루오로옥탄산)의 음용수 기준이 4ppt로 강화되기도 했다. 이는 1ℓ의 물속에 해당 물질이 4조분의 1g(4ppt)만 있어도 기준을 넘는다는 뜻으로 극소량도 인체에는 해로울 수 있다는 점을 암시한다.

PFAS 정화 과정은 일반적으로 오염수를 흡착해 농축한 후 광촉매 또는 고도산화(Advanced Oxidation) 공정을 거쳐 분해하는 2단계로 진행된다.

다만 최근까지도 적절한 흡착제를 찾지 못해 정화 효율은 매우 낮았던 실정이다. 활성탄, 이온교환 수지의 경우 흡착 속도와 흡착량이 모두 제한적인 까닭이다.

이와 달리 공동연구팀은 기존 활성탄, 이온교환수지보다 최대 1000배 많은 PFAS를 빠르게 흡착할 수 있는 새로운 소재를 개발했다. 이 소재는 구리와 알루미늄이 결합된 점토 형태의 물질(Cu?Al 이중층 수산화물·LDH)로 PFAS를 짧은 시간 안에 효과적으로 흡착해 물속에서 건져낼 수 있다.

또 열이나 화학 처리를 통해 다회 재사용이 가능해 환경적으로도 지속가능한 정화 기술로 평가받는다고 KAIST는 강조했다.

한편 이번 연구는 부경대 김건한 교수(제1 저자 및 교신저자)와 라이스대 정영균 박사후연구원(공동 제1 저자), KAIST 강석태 교수(교신저자)의 주도로 수행됐다. 연구 결과는 최근 국제 학술지 '어드밴스트 머티리어(Advanced Materials)' 온라인 커버 논문으로도 게재됐다.

대전=정일웅 기자 jiw3061@asiae.co.kr