HZDR 연구진, ‘영원한 화학물질’로 불리는 PFAS의 두 가지 분해법 개발
- PFAS(과불화·폴리불화알킬물질)는 1만 종이 넘는 산업용 화학물질로, 탄소와 불소가 매우 강하게 결합돼 있어 자연환경에서 거의 분해되지 않음
- 이에 독일 헬름홀츠 드레스덴-로센도르프 연구센터(HZDR) 가 물 전략의 일환으로 PFAS를 효과적으로 제거하는 기술 개발에 착수
- 그리하여 연구 끝에 유체역학적 캐비테이션과 저온 대기압 플라즈마를 활용해 PFAS를 분해하는 데 성공함
캐비테이션으로 PFAS 분해
- 연구팀이 개발한 첫 번째 기술은 유체역학적 캐비테이션을 이용한 방식
- 긴 사슬 구조의 PFAS는 계면활성 특성으로 기포 표면에 달라붙고, 기포가 터질 때 발생하는 수천 도의 고온과 반응성이 높은 수산화 라디칼의 작용으로 빠르게 분해됨
- 연구진은 대표적인 PFAS 물질인 PFOS(과불화옥탄설폰산)를 이용해 실험한 결과, PFAS가 실제로 분해되며 유기물에 결합돼 있던 불소가 불화물 형태로 방출되는 것을 확인
- 처리 시간이 길어질수록 용액 속 불화물 농도도 꾸준히 증가했고, 실험에서는 PFOS의 약 37%를 안정적으로 분해하는 데 성공
플라즈마 기술로 거의 완전한 분해
- 연구진은 또 다른 방법으로 저온 대기압 플라즈마와 기체 분산을 결합한 기술도 고안함
- 이 방식은 상온·상압에서 촉매나 추가 화학약품 없이 작동하며, 실험에서는 물 표면에 플라즈마를 발생시키는 동시에 PFAS가 포함된 물에 기체를 주입
- PFAS는 기포를 따라 수면으로 이동해 플라즈마와 접촉하면서 분해되며, 이를 통해 장쇄형과 단쇄형 PFAS 모두를 거의 완전히 제거하는 데 성공
- 또, PFAS에 결합된 불소 원자의 약 35%가 불화염 형태로 방출되는 것도 확인됨
두 기술 결합해 상용화 추진
- 연구팀은 현재 오염수를 더 많이 처리할 수 있도록 공정을 확대하는 작업도 진행 중
- 여러 개의 전극과 산업용 가스 주입기를 활용해 현재 약 50mL 규모인 반응 용량을 5L까지 확대하고 있으며, 궁극적으로는 플라즈마 기술과 캐비테이션 기술을 결합하는 것이 목표
- 연구진은 두 기술의 장점을 하나의 공정으로 통합하는 데 성공한다면, PFAS로 오염된 물을 처리할 수 있는 새롭고 효율적인 정화 기술이 될 것으로 기대하고 있음
