Underestimated burden of per- and polyfluoroalkyl substances in global surface waters and groundwaters (2024)

https://doi.org/10.1038/s41561-024-01402-8

 

PFAS(과불화화합물)은 산업용 및 소비자 제품에서 널리 사용되며 물과 기름에 대한 저항성, 높은 내열성 등의 특성으로 '영원한 화학물질(forever chemicals)'로 알려져 있다. PFAS는 자연적으로 분해되지 않아 환경에 축적되며, 인간 건강과 생태계에 심각한 위험을 초래할 수 있다. 해당 논문은 전 세계 45,000개 이상의 표면수 및 지하수 샘플 데이터를 바탕으로 PFAS 오염의 범위와 주요 오염원을 파악하고, 현재 규제 기준과의 비교를 통해 향후 PFAS 오염 부담을 예측하고자 하였다.

 

주요 연구 결과

• 전 세계 PFAS 오염 현황:
  • 오염 샘플의 상당수가 각국의 음용수 기준을 초과하였으며, 특히 미국, 캐나다, 유럽의 기준에 비해 다른 지역의 오염도가 높았다.
  • PFAS 농도가 높은 지역은 PFAS를 다량 사용하는 공업 지역과 소방 훈련 장소(AFFF - aqueous film forming foam, 수성막포 - 사용 지역)였다.
• PFAS 규제 기준 초과율
  • AFFF 사용 지역의 지하수 샘플 중 약 70%가 미국 환경보호청(EPA) 기준을 초과하였으며, 비오염 지역에서도 30% 이상의 샘플이 기준을 초과하였다.
  • 규제 기준의 차이로 인해 특정 국가에서는 오염 샘플의 비율이 더 높게 나타났다. 예를 들어, 캐나다의 경우 69%의 지하수 샘플이 PFAS 기준을 초과한 반면, 유럽에서는 6%에 그쳤다.
• 소비자 제품과 PFAS
  • PFAS는 섬유, 코팅제, 화장품, 식품 포장지 등 다양한 소비자 제품에 사용되며, 특히 플루오로텔로머(Fluorotelomers)가 많은 비중을 차지했다.
  • PFAS의 다양한 종류가 존재하지만, 현재 대부분의 모니터링은 소수의 PFAS에만 집중되어 있어, 실제 환경 부담은 과소평가되고 있는 실정이다.

 

연구 방법

• 연구 목표

  • 전 세계적으로 PFAS가 환경에 얼마나 퍼져 있는지 평가하고, 특히 음용수 기준을 초과하는 지역 파악
  • PFAS의 주된 오염원과 이들이 환경에 미치는 장기적인 영향을 이해하고, 이를 통해 향후 규제 및 관리 방안 도출

• 데이터 수집 및 샘플링

  • 데이터 소스: 학술 논문 273편, 정부 보고서, 환경 데이터베이스에서 수집
  • 샘플 수집 방법: 표면수와 지하수에서 직접 채취한 샘플 데이터를 이용
  • 샘플 수집 지역: 북미, 유럽, 아시아, 오세아니아 등 전 세계적으로 분포된 지역
  • 샘플링 기간: 2004년부터 2023년까지의 데이터를 대상으로 하여 장기적인 변화 추이 분석

• 데이터 처리 및 분석

  • 데이터 표준화: 다양한 연구에서 사용한 데이터를 표준화하여 비교 가능하게 처리
    • 모든 PFAS 농도는 ng/L로 통일하여 분석
  • 통계적 분석
    • 검출한계 미만 값의 할당 과정에서 데이터의 왜곡을 최소화하기 위해 다양한 대체 방법을 사용

• 규제 기준과의 비교 분석

  • 각국 규제 기준 수집 및 정리
    • 미국 EPA: PFOA 및 PFOS 기준 4 ng/L 이하
    • 캐나다 보건부: 총 PFAS 농도 30 ng/L 이하
    • 유럽연합(EU): 총 PFAS 농도 500 ng/L 이하 또는 20종 PFAS의 합 100 ng/L 이하
  • PFAS 규제 변화 분석
    • PFAS 규제가 도입된 2000년대 중반 이후, 각국의 규제 기준이 어떻게 변화해왔는지 분석
    • 규제 기준의 변화가 실제 환경 내 PFAS 농도와 얼마나 일치하는지 평가

• 지리적 분석 및 시각화

  • PFAS 농도의 공간적 분포 분석
    • 샘플링 위치의 위도와 경도 정보를 이용해 PFAS 오염의 지리적 분포를 지도에 시각화
    • 각국의 오염 hotspot(오염 밀집 지역)을 파악하여 향후 연구 및 규제의 우선순위 제시
  • 오염원별 분류 및 비교
    • AFFF 사용 지역(소방 훈련장 등)과 비-AFFF 사용 지역, 미지의 오염원을 구분하여 분석
    • 오염원의 성격에 따라 PFAS 농도와 규제 기준 초과 비율에 차이가 있는지 비교 분석

 

 

 

연구 결과

• 전 세계적인 PFAS 오염 현황

  • 오염도 분포
    • 북미(특히 미국), 유럽(독일, 프랑스), 중국, 호주에서 높은 PFAS 농도가 보고됨
    • 아프리카와 남미의 경우 샘플 수가 상대적으로 적어 PFAS 오염이 과소평가될 가능성 존재
  • 표면수와 지하수 간의 오염 차이
    • 지표수(SW): 하천, 호수, 바다 등에서 검출된 PFAS 농도는 상대적으로 낮지만, 물의 순환이 빨라 장기적인 잔류 가능성은 낮음
    • 지하수(GW): PFAS가 쉽게 축적되며, 오염원이 가까운 지역에서는 높은 농도가 지속적으로 검출됨
    • 지역별 특징: 유럽과 캐나다는 규제 기준이 엄격한 반면, 아시아 일부 지역에서는 규제 기준이 명확하지 않아 오염 문제가 심각할 수 있음

• 규제 기준 초과율

  • AFFF 사용 지역
    • 지하수의 규제 기준 초과율: 미국 EPA 기준을 초과한 샘플 비율은 70% 이상, 캐나다 기준 초과율은 약 69%
    • 표면수의 규제 기준 초과율: 지하수에 비해 낮지만, 여전히 30~50%의 샘플이 미국 EPA 기준을 초과
  • 비-AFFF 사용 지역
    • 지하수 샘플: 미국 EPA 기준으로 약 31%의 샘플이 PFOA 기준을 초과, 50%가 PFOS 기준을 초과
    • 캐나다와 EU 기준: 총 PFAS 농도 500 ng/L 기준에서는 약 6%의 샘플이 초과, 20종 PFAS 기준에서는 16% 초과
  • 미지 오염원 지역
    • 오염원이 명확하지 않은 지역에서도 규제 기준 초과율이 20~40%에 달해, 예상치 못한 PFAS 오염 가능성을 시사

• 소비자 제품 내 PFAS 존재 및 환경 부담

  • PFAS 사용 제품의 분석 결과
    • 분석된 제품군: 섬유, 화장품, 식품 포장지, 코팅제, 전자제품 등 다양한 소비자 제품에서 PFAS 검출
    • 플루오로텔로머(Fluorotelomers): 총 PFAS 중 약 72%를 차지하며, 가장 큰 비율을 나타냄
    • 전구체 물질(Precursors): PFAS 전구체는 환경에서 변형되어 최종적으로 규제 대상 PFAS로 전환될 가능성 높음
  • 환경 내 PFAS의 전환 및 축적
    • PFAS는 화학적 구조의 특성상 자연에서 쉽게 분해되지 않아 장기간 환경에 잔류
    • 전구체 물질은 시간이 지나면서 PFOA, PFOS 등으로 변환되어 더욱 심각한 오염을 초래할 수 있음

• 미래의 PFAS 오염 부담

  • 오염 예측 및 규제 필요성
    • 현재 분석 방법으로는 PFAS 오염의 전체적 부담을 완전히 파악하기 어려워, 추가적인 연구 필요
    • 각국의 규제 기준 강화와 새로운 분석 기술 개발이 필수적
  • 건강 및 환경 관리의 시사점
    • 개인적 건강 관리: 오염 가능성이 높은 지역에서는 PFAS 제거 필터 사용과 같은 예방 조치가 권장됨
    • 정책적 대응 필요: 각국의 규제가 다르므로 국제적인 협력과 표준화된 규제가 필요함
    • 지속적인 모니터링: PFAS 오염의 잠재적 위험을 줄이기 위해 정기적인 환경 모니터링과 데이터 업데이트가 필요

 

연구 결론

• PFAS의 광범위한 오염은 전 세계의 주요 환경 문제로, 현재 규제 기준만으로는 충분한 관리가 어려운 실정이다.
• PFAS는 물에 잘 용해되지 않고 체내에서 쉽게 배출되지 않기 때문에 장기적으로 건강에 악영향을 미칠 수 있다. 특히 간 및 신장 질환, 내분비 교란 등을 유발할 수 있다.
• 개인의 건강 관리 측면에서는 PFAS 오염이 의심되는 지역의 물 사용을 제한하고, PFAS 제거 필터를 사용하는 것이 권장된다. 또한, PFAS가 함유된 제품의 사용을 줄이는 것이 중요하다.
• PFAS 오염에 대한 규제 강화와 더불어 다양한 PFAS를 모니터링할 수 있는 기술 개발이 필요하며, 개인 역시 환경 오염에 대한 인식을 높여야 한다.