영원한 화학물질, PFAS를 분해하다 - 집속형 초음파 분해 기술 CAVITOX

FUST Lab. 황보선애 부대표 인터뷰 (2)

지난 포스팅에서는 섞는 기술을 연구하다가 분해라는 새로운 가능성을 발견한 이야기를 들려주셨죠. 하지만 그때만 해도 원하는 대로 장비를 조절할 수 없어 답답한 상황이었습니다. 하지만 PFAS라는 난분해성 물질을 만나 Cavitox를 개발하여 그 문을 활짝 열었습니다

우연하게 열린 분해 기술의 문

우연한 발견이 기술이 되고, 기술이 세상에 더 많이 사용되기 위해 장비가 되고, 그리고 사업이자 산업이 되는 과정을 황보선애 부대표는 이렇게 표현합니다. 이 기술을 본인이 단순하게 발명한 것이 아니라, 우연히 발견된 것이고, 본인이 이 기술을 찾아낸 것이 아니라 기술이 자신에게 문을 열어준 것이라고.

"만약 그때 Tio2 이산화티타늄 입자가 2마이크로미터가 아니라 1마이크로미터 정도만 뭉쳐 있었더라면, 이 기술은 발견되지 않았을 수도 있어요. 30나노여야 하는데 2마이크로미터면 뭉친 정도가 엄청 심했던 거거든요. 그 정도로 큰 차이가 있으니 '머지?'하고 미친 듯이 파고들었던 거죠. 만약 50~100나노 정도였다면 기존 방식대로 나노 입자를 측정하면서 그냥 넘어갔을 수도 있어요. 그리고 집속형 초음파의 분해를 발견하는 과정에서도 그 의뢰가 들어오지 않았더라면, 혹은 바쁘다는 핑계로 지나쳤더라면 CAVITOX의 PFAS 과불화화합물 분해는 발명되지 못했을지도 모르죠"

** PFAS 과불화화합물, 자연상테에서 분해되지 않는 영원한 화합물: 피파스(PFAS)는 정확히는 '퍼플루오로알킬 및 폴리플루오로알킬 물질(Per-and Polyfluoroalkyl Substansces)'을 지칭하는 약어입니다. 이는 수백 가지의 합성 화학물질 군으로, 매우 안정적인 탄소-플루오르 결합을 가지고 있어 자연적으로 잘 분해되지 않는 특성을 가지고 있습니다. 이 때문에 종종'영원한 화확물질(Eternal Chemicals)'이라고 불리며, 수질 오염과 인체 건간에 대한 우려로 환경 규제가 강화되는 추세입니다.

황보선애 부대표는 FUST Lab. 의 핵심 기술이 우연과 타이밍 덕분에 발견되었다고 강조했습니다.

"세상에 기회를 준 느낌이에요. 제가 똑똑해서가 아니라, 길이 열리고 기회가 주어지니까 제가 하던 '가락'이 있어서 그 길로 들어갈 수 있었던 거죠. 마치 뭐 하나 안 풀리면 안 되는데, 갑자기 문이 '쏙'하고 열리는 느낌이랄까요."

그는 자신이 기술을 발명(Invent)한 것이 아니라, 그저 존재하던 것을 발견(Discover)했을 뿐이라고 말했습니다.

'장비'의 한계를 넘어, '법인 설립'으로

분해에 관한 논문을 발표한 이후에도 분산유화 때와 마찬가지로 뜨거운 시장의 반응이 있었던 것은 아니었습니다. 외려 분산 유화 때에 비해서는 시장이 당장은 원하지 않는 기술을 먼저 찾아낸 느낌이 더 강했습니다. 하지만 이 분해의 기술이 PFAS 과불화화합물을 만나면서부터 시장도 비로소 뜨거운 관심을 보여주기 시작했습니다.

퍼스트랩은 PFAS 과불화화합물의 분해 성능을 확인하기 위해서 실증지역을 선정하고 직접 폐수를 취수하여 분해실험을 실시하였습니다. 각기 다른 오염도의 3개 실험샘플에 대해서 CAVITOX는 12개 모든 PFAS 과불화화합물 물질에 대해서 그 농도가 높은 경우는 물론, 미량으로 존재하는 경우에 대해서도 모두 분해해낼 수 있다는 것을 입증해 냈습니다.

각각의 물질에 대해 모두 다른 방식으로 처리하는 것이 아니라 PFAS 과불화화합물 12종 전체를 하나의 공정으로 일과 처리할 수 있다는 점에서 CAVITOX 기술의 범용성과 효율성이 더울 돋보였습니다. 이는 기존의 처리 기술들이 특정 물젤에만 국한되거나 복잡한 다단계 공정을 요구했던 것과는 확연히 다른 접근 방식으로, 특히 농도가 높은 고오염 샘플뿐만 아니라 미량으로 존재하는 난분해성 물질까지도 동일한 공정으로 안정적으로 분해할 수 있다는 점은 산업계와 환경 분야 모두에서 큰 주목을 받았습니다.

이 외에도 다양한 폐수 물질에 대한 분해를 의뢰받고 실험하면서 해결책을 찾아나가고 있습니다. 대표적인 염료폐수에 해당하는 메틸렌 블루에 대한 실험에서도 기존 방식인 TiO2 (이산화티타늄촉매)에 강한 자외선 UV를 조사해서 분해를 촉진하는 방식에 대비하여 극적인 수준의 수생물 생존률을 입증해 낼 수 있었고, 유전독성평가에서도 기존의 촉매반응 분해촉진 방식에 대비하여 해결책으로 제시될 수 있게 되었습니다.

"이미 많은 수자원에 PFAS가 상당히 많이 퍼져 있습니다. 전세계 어디에서나, 아마도 바이칼 호수에서 샘플을 채취해도 PFAS가 검출될거라는 이야기도 있으니까요. 자연상태에 이미 퍼져버린 PFAS 과불화화합물을 제거하는 것은 아주 특수한 케이스들이 아니라면 현존하는 기술로는 불가능할지도 모릅니다. 하지만 산업 공정에서 더 이상 배출되지 않도록 하는 것은 현재로서도 충분히 가능할 수 있습니다."

의약품 폐수에서 PFAS 과불화화합물을 제거하는 현재의 방법은 활성탄으로 흡착해서 분리해내는 것입니다. 하지만 이렇게 분리해 낸 활성탄은 PFAS를 가득 포함하고 있고, 이것을 소각하여 없애버리는 방법은 유효하지 않습니다. 이론상으로도 1천도 이상의 고온에서 PFAS가 분해되어야 하지만, 실제로는 소각하는 과정에서 대기로 유출되거나, 혹은 소각하고 남은 재를 매립하고나면 근처 지하수에서 PFAS가 높은 농도로 검출되는 경우도 있습니다. 게다가 고온으로 소각하는 과정에서 발생하는 다량의 탄소배출은 미이 현실이 되어버린 탄소배출권 Scope3의 관점에서도 큰 비용이자 문제로 다가오고 있습니다.

현재의 활성탄 흡착 방식은 PFAS를 분리 후, 소각/매립하는 과정에서 대기 유출 및 지하구 오염, 심디어 탄소배출권(Scope3) 문제까지 야기합니다. FUST Lab. 은 분리가 아닌 분해만이 지속 가능한 PFAS 처리의 유일한 길이며, 이것이 '아스트라제니카(AstraZeneca)'와 PoC를 진행하는 이유입니다.

** CAVITOX: 퍼스트랩이 개발한 고도산화공정 장비로, 강력한 초음파로 생성되는 버블이 붕괴될 때 발생하는 초고압력과 OH-라디칼을 이용해 과불화화합물(PFAS) 같은 독성 물질을 분해하는 기술입니다. (파트너십 진행: 2025년 5월, 퍼스트랩은 아스트라제네카와 협력 의향서(LOI)를 체결했습니다. 또한 2024년 말에는 유럽에서 열린 아스트라제네카 협업 이벤트에서 상위 3개 기업에 선정되기도 했습니다.)

지금 FUST Lab. 은 유화/분산, 추출, 수처리 장비를 통해 다양한 산업에 혁신적인 솔루션을 제공하고 있습니다. 하지만 황보선애 부대표는 여전히 해로운 기술의 문이 열릴 것을 기대하고 있습니다. 그리고 그 문을 통해서 새로운 발견이 있을 것이라 믿고 있습니다.

"최근 주목받고 있는 애플워치 - PFAS (PFHxA-Perfluorohexanoic acid) 불소 고무밴드 사례에서 보듯 PFAS(과불화화합물)은 제품을 생산할 때에도 발생되고, 사용할 떄에도 존재하며 이제 이 불소고무밴드를 폐기처리할 때에도 환경에 누출됩니다. PFAS 로부터 항상 영향을 받게 되죠"

FUST Lab. 의 집속형 초음파 기술은 "분산/유화(DEBREX)"를 넘어 "PFAS 과불화화합물 분해(CAVITOX)"라는 친환경 수처리 의 중요한 이정표가 될 것입니다. 인류 건강과 환경 보호에 기여하는 미래 기술의 문이 열릴 것을 기대합니다.

집속형 초음파를 활용한 분산유화 기술,
그리고 PFAS 과불화화합물 분해에 관한 문의는
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