'영원한 화학물질' PFAS, 포집 및 제거 가능성 열려

자연에서 쉽게 분해되지 않는 '영원한 화학물질'로 알려진 PFAS 제거를 위해 미국 일리노이대학교 어바나-샴페인(Urbana-Champaign) 연구팀이 획기적인 전기화학 시스템을 개발했다고 영국의 환경 매체 환경리더(E+E leader)가 14일(현지시각) 보도했다. 이 연구는 일리노이대 샤오 슈(Xiao Su) 생물분자공학 교수가 이끄는 팀에 의해 진행됐다.

PFAS는 코팅, 난연제, 반도체 제조 등 다양한 제품에서 사용되며, 온전히 제거하기 어려운 특성 때문에 수처리 과정에서 문제가 되고 있다. PFAS의 구조는 단쇄(6개 이하의 탄소 원자를 포함)와 장쇄(7개 이상의 탄소 원자를 포함)로 구분되며, 장쇄 PFAS는 환경과 인체에서 분해가 어려워 유해성이 큰 것으로 알려져 있다. 그러나 기존 제거 기술은 비용이 많이 들고, 여러 단계를 거쳐야 하는 복잡한 공정이 필요하다.

샤오 슈 교수팀이 개발한 새로운 전기화학 시스템은 PFAS를 물에서 효과적으로 제거하고 분해하는 전기 흡착기(electrosorption)와 산화환원 전기 투석기(redox electrodialysis)를 통합한 방식이다. 이 시스템은 초단쇄와 장쇄 PFAS를 모두 포집해 최종적으로 전기화학적 산화를 통해 PFAS를 무해한 '불소 이온'으로 전환하는 공정을 포함한다. 

산화환원 전기투석기는 전기 힘을 이용해 이온을 분리하고 농축하는 기술이다. 이 과정에서는 전극에 의해 산화 환원 반응이 발생하며, 이를 통해 특정 이온을 선택적으로 이동시키고 제거할 수 있다. 또한, 전기 흡착기는 전기장을 이용해 표면에 이온을 흡착시키는 기술이다. 전기흡착 과정에서는 전극에 전압을 가해 용액에 있는 이온을 전극 표면에 끌어당기거나 밀어내어 선택적으로 흡착한다. 이 방법은 물에서 염분을 제거하거나, 오염 물질을 분리하는 데 효과적이며, 에너지 소모가 낮고 재생이 쉬운 장점이 있어 지속 가능한 수처리 기술로 주목받고 있다.

샤오 슈 교수팀은 전극 표면에 넓은 표면적을 가진 다공성 탄소 물질을 사용해 흡착 효율을 높였으며, 기존의 값비싼 이온 교환 멤브레인 대신 저렴한 나노여과(NF) 멤브레인과 수용성 산화환원 폴리머를 결합해 공정 신뢰성을 강화했다. 이를 통해 PFAS 오염 문제를 해결하면서 비용 절감도 가능하게 했다.

이번 연구는 실험실 테스트에서 90% 이상의 PFAS 제거 효율을 달성했으며, 담수화 과정에서 소금 농도를 식수 수준으로 낮추는 데 성공했다. 특히 까다로운 초단쇄 PFAS 변종인 트리플루오로 아세트산(TFA)도 제거할 수 있는 가능성을 입증했다.

샤오 슈 교수팀의 연구는 PFAS 오염 문제 해결을 위한 지속 가능한 수처리 솔루션으로 주목받고 있으며, 관련 연구 정보는 일리노이대학교 웹페이지에서 확인할 수 있다.