플라스틱넷

		플루오로폴리머 금지설, 유럽 산업계 긴장
		[플라스틱사이언스] 기사입력 2023-05-12 09:29:56

최근 EU에서 PFAS 사용을 완전히 금하는 규제가 제기되면서 관련 업계에서 설왕설래하고 있다. 한 연구에 따르면, 2030년까지 유럽 시장에서 가장 잠재적으로 위험한 화학물질을 최대 7,000개까지 금지하려는 계획이 심각하게 실패하고 있다고 보았다.

PFAS(Per-and polyfluoroalkyl substances)는 주로 물, 얼룩, 온도에 대한 저항성을 높이기 위해 사용되는 화학 물질로, 가장 낮은 마찰 계수를 가지면서 자체 윤활 기능을 보유하고 있는 장점을 갖고 있다.

PFAS는 1940년대부터 미국을 포함한 전 세계 많은 산업에서 제조되고 사용돼 왔다. 얼룩 방지 카펫, 내수성 의류, 끈적이지 않는 조리기구, 소화 폼, 전자 제품 및 식품 포장을 포함하여 광범위한 가정 및 산업 제품에서 볼 수 있다.

PFAS 화합물의 탄소와 불소 화학 물질 사이의 놀라울 정도의 강력한 결합은 상당한 내구성을 가지게 하고 열과 물리적 힘, 그리고 다른 화학 물질로부터 견뎌내게 하는데 훌륭한 역할을 한다. 이러한 내구성은 자동차 안티 브레이크 시스템, 5G 데이터 네트워크, 이식형 의료 장치 및 항공기 화재 진압 폼을 포함하여 인간의 진보에 필수적인 몇 가지 혁신의 필수 요소로 작용해 왔다.

이러한 장점에도 불구하고, “PFAS는 환경친화적이지 않으며 인체에 해로운 물질이기 때문에 여러 나라에서 규제 또는 사용 제한을 두고 있다.” 환경 피해와 암, 호르몬 교란, 재독성 장애와 같은 심각한 질병을 유발하는 독성 물질 그룹군에 비스페놀과 최악의 난연제를 비롯해 PFAS 화학물질이 선정돼 있다. 현재 12,000개 이상의 PFAS 화합물이 존재한다.

내구성이 뛰어나다는 의미 또한 PFAS 화합물이 천천히 분해되고 수년 동안 환경에서 지속된다는 것을 의미하는데 이는 특히 PFOA와 PFOS에 해당된다. 비록 PFOA와 PFOS가 거의 20년 전에 미국 제조업체에 의해 자발적으로 중단되었지만, 아직까지 이 성분들은 환경에 남아 있다.

소방용 폼을 사용한 군부대나 공항 인근, PFAS가 포함된 물품을 폐기하고 토양과 지하수로 침출하는 매립지, 처리과정에서 발생한 슬러지 부산물에서 PFAS가 검출된 폐수처리시설 등에서 PFOA와 PFOS가 검출된 것으로 보고됐다. 이처럼 긴 사슬의 PFAS는 인체에도 수년 동안 잔존해 있을 수 있다고 보고 있다.

“영원한 화학 물질(Forever Chemical)”로도 알려져 있는 PFAS는 이미 일부 지역에서는 사용을 금하고 있다. 미국을 비롯한 다수의 국가에서는 PFAS를 규제하는 법률을 시행하고 있다. 이러한 규제에는 PFAS의 생산, 수입, 수출, 사용, 처리 및 폐기에 관한 내용을 다루는 법령이 포함된다.

미국에서는 2020년 12월, 국방수송법(National Defense Authorization Act)에 PFAS 관련 규정을 포함시켜서 군사 시설의 PFAS 오염관리를 강화하고, 일부 PFAS 화합물을 위험물질로 지정했다. 여기에 EU에서는 2030년까지 완전히 금하겠다는 규제를 이야기하고 있는 것이다.

하지만 글로벌 화학사들의 비즈니스 컨설팅을 맡고 있는 ChemBizR의 폴리머 및 소재의 PM인 비카쉬 쿠마(Vikash Kumar)에 따르면, 일부 업계들이 각각의 PFAS와 관련된 건강 문제를 뒷받침할 과학적 증거는 여전히 부족하며 입증하기 위한 테스트에도 수년이 걸릴 수 있다고 주장하고 있다. 비카쉬 쿠마는 PFAS의 대체물은 아직 불완전하며 대안이 없는 필수 애플리케이션은 전면 금지에서 면제될 수 있다고 내다보았다.

PFAS 대체물 가능한가

최근 덴마크, 독일, 네덜란드, 노르웨이, 스웨덴 등 5개 선진국이 PFAS 사용을 제한하거나 금지하겠다고 발표한 것은 이러한 화학물질의 공급과 생산에 광범위한 영향을 미칠 것으로 보고 있다.

PFAS는 고유한 특성과 다양한 용도로 사용되기 때문에 PFAS 화합물의 적절한 대체물을 식별할 수 없는 경우가 많다. PFAS를 완전히 불법화할 것인지 아니면 그냥 규제할 것인지에 대한 결정은 여전히 논쟁의 여지가 있다.

2023년 9월로 예정된 REACH(등록, 평가, 허가 및 화학물질 규제)와 유럽화학청(ECHA)이 수행하는 다음 검토에서 더욱 명확해질 것이다. 전체 제한 단계는 제한 제안서 작성 및 제출, 협의, 의견 개발, 결정 및 후속 조치의 4단계로 구성된다. 이후 회원국은 REACH 요구 사항을 준수하는지 확인할 수 있도록 보고서를 유럽화학청 위험 평가 위원회 및 사회 경제 분석 위원회로 제출할 수 있다. 유럽화학청은 프로세스 전반에 걸쳐 기술, 과학 및 규제 지원을 제공하도록 되어 있다.

2023년 2월의 가장 최근 REACH 서류는 PFAS와 불소 중합체(fluoropolymers)에 대한 전면 금지를 제안했다. 금지 물질에 불소 중합체를 포함한 사실에 산업계는 우려를 표명했다. 유럽화학청이 불소 중합체를 금지에 포함시키는 유일한 이유는 생산 과정에서 PFAS를 사용했다는 사실 때문이다. 앞으로 몇 년 안에 다양한 화학 물질들에 대한 전면적인 금지를 요하는 또 다른 제안을 마주하게 될 가능성이 높다. 일부 업체는 PFAS와 유사한 다른 분자를 사용해 불소 중합체를 생산하는 새로운 방법을 발견하기도 했다. 문제는 이러한 화학 물질의 전면 금지로 인해 야기될 품질 문제이다.

유럽 연합에서는 이미 많은 사용자가 더 안전한 옵션으로 전환했다. 그러나 비카쉬 쿠마(Vikash Kumar)는 불소 중합체에 대한 적절한 대안이 존재하지 않는 경우가 많아 업계에서는 여전히 불소 중합체를 사용하고 있다고 말했다.

REACH가 완전한 금지를 부과하기로 결정하면 사용자는 비용이 많이 드는 유럽 밖으로 생산을 옮기거나 불소 중합체 사용을 재평가하여 기술적으로 또는 상업적으로 실현 가능하지 않더라도 다음으로 가장 가까운 대안을 사용하려고 할 것이라 내다보았다. 이는 산업 전반에 걸쳐 여러 품질 표준의 변화와 더불어 많은 구성 요소의 내구성 저하로 이어질 것이며 이는 이해관계자들에게 다시 한 번 문제가 될 것이다. 앞으로 적절한 대안이 없는 애플리케이션에서는 불소 중합체를 계속 사용하는 것이 가장 좋은 해결책일 수 있다고 주장했다.

불소 중합체는 뒷받침할 과학적 증거가 부족한 상태이며 사실상 규정 및 잠재적인 건강 문제를 제외하고는 대부분의 영역에서 안전하다고 보며 광범위한 애플리케이션 안에서는 대안이 없다고 말한다. 이는 특히 연소 엔진 내부 또는 근처, 반도체 제조 등의 고온 및 화학적 요구 사항이 있는 영역에서 더욱 그렇다.

만약 REACH가 불소 중합체의 사용을 금지하는 대신 규제하기로 결정하게 된다면 이는 업계가 비용 효율적인 대체 재료를 찾을 수 없다는 것을 의미하며 불소 중합체의 추가적인 가격 인상 가능성이 높다고 내다보았다.

불소 중합체가 필수적인 분야도 있다

자동차 산업의 경우 장기적으로 연소 엔진에서 수소 또는 전기 자동차로 전환하는 일이 불소 중합체의 필요성을 줄일 수 있지만 완전히 제거할 수는 없을 것이다. 왜냐하면 재생 에너지 애플리케이션에 사용되는 일부 구성 요소에는 태양 전지판 백시트, 배터리 분리막, 멤브레인 등과 같은 불소 중합체가 필요하기 때문이다.

현재 Solvay, 3M 등의 공급업체들은 자발적으로 PFAS 사용을 중단하고 있으며, 이로 인해 가장 널리 사용되는 불소중합체 중 하나인 PTFE의 생산이 중단되었다.

반면, Arkema, Solvay 등의 회사들은 두 번째로 많이 사용되는 불소 중합체인 PVDF를 생산하기 위해 PFAS 프리 공정을 개발했다. PVDF 분야에 대한 투자의 대부분은 에너지 저장 시스템과 전기 자동차에서 이러한 제품에 대한 수요의 급증으로 인해 이뤄지고 있다.

오늘날, 뛰어난 내화학성, 가장 낮은 수분 흡수율, 유전 특성, 가장 낮은 마찰 계수 등의 장점을 가진 불소 중합체를 직접 대체할 수 있는 것은 없다. 최종 사용 애플리케이션이 성장함에 따라 업계는 PEEK, PI, PEI, 실리콘, 폴리설폰, XLPE 및 TPE와 같은 가장 가까운 대안을 사용하려고 노력할 것이다.

하지만 최근 REACH의 불소 중합체 전면 금지 제안에 대해 업계가 어떻게 반응할지는 좀 더 두고 볼 일이다. 어떤 식으로든 최근 논의 중인 제안은 불소 중합체의 성장에 적어도 2~3%의 영향을 미칠 것은 확실해 보인다.

PFAS 규제에 따른 관련 업계의 움직임

규제와 재정적 압박이 가중되고 있는 가운데 3M은 2025년 말까지 PFAS(pper-and polyfluoroalkyl substances) 생산을 중단하고 해당 성분이 함유된 제품에 대한 사용을 중단할 것이라고 밝혔다. 그러나 플루오로폴리머 경쟁업체들은 3M이 폴리머 가공 보조제와 같은 가장 문제가 되는 PFAS 재료만 단계적으로 폐기하는 전략을 계속하면서 사업은 계속할 것이라고 비난했다.

경쟁사의 주장과 별도로, 3M의 이러한 움직임은 이 복합그룹이 모든 불소 중합체(fluoropolymers), 불소화 유체 및 PFAS 기반 첨가제 생산을 중단한다는 것을 의미한다. 이러한 제품에는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF) 및 플루오로 탄성체와 같은 Dyneon 브랜드로 판매되는 폴리머가 포함된다.

3M은 전반적으로 약 13억 달러의 매출을 올리고 있으며 PFAS 제품 판매로 연간 약 2억 달러를 벌어들이고 있다. 그러나 이 사업은 2021년 354억 달러였던 전체 매출에서 상대적으로 작은 부분을 차지하고 있는 것으로 나타났다. 이번 퇴출 결정으로 회사는 최대 23억 달러의 금융비용이 발생할 것으로 예상하고 있다.

3M의 CEO Mike Roman은 “PFAS는 안전하게 만들어지고 사용될 수 있지만, 빠르게 진화하는 외부 규제와 비즈니스 환경에 대응하고, 이를 선도할 수 있는 기회로도 볼 수 있다.”라고 말했다.

PFAS는 환경에서 지속되는 것으로 알려져 있으며 암을 포함한 인간의 건강에 해로운 영향과 연관되어 있다고 알려져 있다. 결과적으로, PFAS는 점점 더 엄격한 규제의 대상이 되고 있는데, 3M은 이 규제를 사업에서 철수하기 위한 고려 사항으로 꼽고 있는 것이다. 이 배경에는 PFAS가 2025년까지 유럽에서 강력한 제한에 직면할 수 있으며 미국 환경보호청 또한 마시는 물속에 함유된 PFAS에 엄격한 제한을 둘 가능성이 높기 때문이다. 뿐만 아니라 투자자들의 압력도 작용한 것으로 보인다.

PFAS는 3M에 대한 수많은 법적 합의 및 기타 비용의 원천이었다. 2019년에, 회사는 화학물질과 관련된 4억 4천 9백만 달러의 비용을 받았고, 2021년에 PFAS 관련 지불로 1억 4200만 달러를 벌었다. 지난 해 9월에는 8조 달러 가치의 자산을 관리하거나 자문하는 47개 투자 회사 그룹이 기업들에게 PFAS와 같은 지속적인 화학물질에 대한 단계적 폐지 계획을 발표할 것을 요구했다.

2022년 12월 기준, 3M은 PFAS에서 대규모 퇴출을 계획하고 있는 유일한 주요 플루오로케미컬 생산업체이다. 사실, PVDF와 같은 일부 불소 중합체가 전기 자동차용 리튬 이온 배터리와 같은 성장 분야에서 점점 더 중요해지고 있기 때문에 다른 회사들은 반대 방향으로 가고 있다. 예를 들어, Solvay와 Orbia는 최근 배터리 산업에 서비스를 제공하기 위해 미국 남동부에 통합 PVDF 공장을 건설하는 8억 5천만 달러 규모의 계획을 발표했다.

가장 악명 높은 PFAS는 플루오로폴리머의 가공 보조제로 사용되어 왔던 페르플루오로옥탄술폰산(PFOS), 페르플루오로옥탄산(PFOA)과 같은 긴 사슬의 계면활성제이며, 3M은 2000년에 이미 PFOS의 단계적 폐지를 발표했다.

기업들은 건강상의 위험을 덜 수반할 수 있는 짧은 사슬의 PFAS 분자에 눈을 돌리고 있다. 예를 들어, 헥사플루오로프로필렌 옥사이드 이량체 산과 그 암모늄 염은 Chemours의 GenX 기술의 기초를 형성하고, 3M은 4,8-다이옥사-3H-퍼플루오로노난산의 암모늄 염인 ADONA를 사용해왔다.

한편, 솔베이는 2026년까지 불소화 계면활성제 사용을 단계적으로 중단할 계획이라고 밝혔다. 솔베이 관계자는 “불소화 고분자 제조에 사용되는 불소 계면활성제는 독성학적 특성 때문에 업계의 과제이다”라고 말했다.

마찬가지로 PVDF 생산업체인 Arkema는 이미 몇 년 전 긴 체인 처리 보조 장치(long-chain processing aids)를 단계적으로 폐지했다고 밝혔다. Arkema는 미국산 제품을 포함한 대부분의 제품은 PFAS 지원 없이 제조된다며 2024년 말까지 비PFAS 계면활성제로의 전환을 완료하면 좋겠다고 덧붙였다.

업계 화학자들은 불소 화학 감소에 전념하고 있다. 2018년에는 불소화 유기 화합물의 배출량을 99% 줄이겠다고 약속했고, 2021년 기준으로 40% 감소했다.

최고 과학 책임자이자 컨설팅 회사인 Cogmium의 설립자인 Scott Gaboury는 “3M이 다른 많은 회사들처럼 전략적으로 불소 폴리머 라인을 바라본다고 느낀 적이 없다. 3M은 굳이 그 위험을 사업에서 유지할 가치가 없다고 생각한다.”라고 말하며 3M은 소비자와 산업 제품을 많이 만드는 대기업인 반면 경쟁사들은 불소 중합체에 더 집중되어 있다고 지적했다.

Gaboury는 PTFE와 같이 3M이 만드는 불소 폴리머 제품 중 많은 것은 다른 회사의 제품으로도 대체될 수 있는 “표준 요금”이라고 말했다. 그러나 3M의 불소화 테르폴리머 라인과 같은 일부 제품은 독특하며 대체하기가 더 어려울 것이라 보았다.