분해 안되는 '영원한 화학물질' PFAS, 빛 이용해 분해

종이빨대, 종이컵 등을 코팅할 때 쓰는 PFAS는 분해가 어렵다. 게티이미지뱅크 제공

‘영원한 화학물질’로 불리는 '과불화화합물(PFAS)'을 빛으로 분해하는 새로운 방법이 제시됐다. 

광촉매를 사용해 과불화화합물을 재활용 가능한 부산물로 분해하는 데 성공한 2건의 연구결과가 21일 국제학술지 '네이처'에 공개됐다. 광촉매는 빛을 활성화해 화학반응을 촉진하는 촉매를 의미한다. 

과불화화합물은 물, 기름, 얼룩, 열 등에 대한 내구성과 저항성이 있어 일상용품에 많이 활용된다. 종이빨대, 종이컵, 프라이팬, 식품포장재 등 코팅물질로 쓰여 물이 스며드는 것을 막는 방수 기능을 한다. 물이나 땀에 화장이 지워지지 않게 할 수 있어 화장품에도 들어있고 내구성을 강화할 목적으로 콘택트렌즈에도 들어있다.

활용도가 높은 물질이지만 탄소와 불소가 강하게 결합된 구조 탓에 분해하기 어렵다는 문제가 있다. 분해되지 않고 환경에 오랫동안 남아있기 때문에 ‘영원한 화학물질’로 불린다. 

과불화화합물은 건강에 유해한 물질로도 꼽힌다. 2022년 미국 서던캘리포니아대 의대 연구팀이 국제학술지 ‘JHEP 리포트'에 공개한 연구결과에 따르면 과불화화합물은 간에 쌓였을 때 간암 위험을 높인다. 간 손상은 물론 비만, 불임, 갑상선 질환 등과의 연관성도 확인되고 있다. 플라스틱 빨대의 친환경 대안으로 주목 받았던 종이빨대에서 과불화화합물이 검출되면서 많은 소비자들이 배신감을 느끼는 일이 생기기도 했다. 

과불화화합물로 인한 피해를 줄이려면 계속 체내에 축적되지 않도록 분해하는 방법이 필요하다. 현재 과불화화합물을 분해하는 방법은 강력한 화학물질을 쓰거나 고온 환경을 만들어야 해 한계가 있다. 

옌뱌오 캉 중국과학기술대 유기화학과 교수 연구팀은 광촉매를 사용해 낮은 온도에서도 과불화화합물을 분해할 수 있는 방법을 새롭게 제시했다. 빛을 흡수해 에너지를 얻은 뒤 화학반응 속도를 증가시키는 광촉매를 이용하면 과불화화합물에서 단단한 구조를 이루고 있는 탄소와 불소의 안정적인 결합을 깰 수 있다는 점이 확인됐다.

분해는 40~60℃의 낮은 온도에서 일어났다. 연구팀은 과불화화합물의 일종인 ‘폴리테트라플루오로에틸렌’에 광촉매를 적용해 탄소와 불소로 분해된다는 점을 확인했다.  

연구팀은 광촉매를 이용해 과불화화합물에 속하는 과불화탄소, 과불화옥탄 설폰산, 퍼플루오로옥탄산을 탄산염, 포름산염, 수산염, 삼플루오르화아세트산 나트륨, 트리플루로아세테이트로 분해하는 데도 성공했다. 일상용품에 든 불소를 염으로 쉽게 재활용할 수 있다는 의미다.  

개릿 미야케 미국 콜로라도주립대 화학과 교수 연구팀도 같은날 네이처에 또 다른 논문을 발표하며 과불화화합물을 분해할 수 있는 광흡수 촉매를 제안했다. 연구팀은 청색광 흡수 촉매를 이용해 과불화화합물의 탄소-불소 결합을 파괴하는 데 성공했다. 연구팀은 “쉽게 구할 수 있는 화학물질을 이용해 과불화화합물을 분해할 수 있다는 점에서 광촉매가 유용하게 활용될 수 있을 것”이라고 설명했다.

[문세영 기자 moon09@donga.com]