최근 나노기술의 급격한 발전은 산업 및 바이오의약 등 다양한 분야에 새로운 활용 가능성을 제시하고 있다. 그러나 나노물질과 나노소비재의 연간 생산량이 증가하고 있어서, 의도하지 않은 환경 노출이 야기되고 있다. 따라서 지속적인 나노기술의 발전을 위해서도 나노폐기물에 관한 효과적인 관리가 필요하다. 현재까지는 나노폐기물을 효율적으로 처리할 수 있는 기존의 처리시설이 없는 실정이다. 이에 본 총설에서는 몇 가지 주제에 관하여 기술하고자 한다. 국내외의 나노물질 및 나노소비재 현황을 파악하고, 나노폐기물의 정의와 주요 발생원이 무엇인지 파악하였다. 또한 기존의 폐기물 처리시설로 나노 폐기물을 처리 가능한지를 살피고, 개발되고 있는 새로운 처리법을 조사하였다. 마지막으로 나노물질에 관한 환경 규제를 거론하고, 나노폐기물에 관한 책임 있는 관리에 관한 새로운 나노폐기물 패러다임을 제시하고자 하였다.
최근 나노기술의 급격한 발전은 산업 및 바이오의약 등 다양한 분야에 새로운 활용 가능성을 제시하고 있다. 그러나 나노물질과 나노소비재의 연간 생산량이 증가하고 있어서, 의도하지 않은 환경 노출이 야기되고 있다. 따라서 지속적인 나노기술의 발전을 위해서도 나노폐기물에 관한 효과적인 관리가 필요하다. 현재까지는 나노폐기물을 효율적으로 처리할 수 있는 기존의 처리시설이 없는 실정이다. 이에 본 총설에서는 몇 가지 주제에 관하여 기술하고자 한다. 국내외의 나노물질 및 나노소비재 현황을 파악하고, 나노폐기물의 정의와 주요 발생원이 무엇인지 파악하였다. 또한 기존의 폐기물 처리시설로 나노 폐기물을 처리 가능한지를 살피고, 개발되고 있는 새로운 처리법을 조사하였다. 마지막으로 나노물질에 관한 환경 규제를 거론하고, 나노폐기물에 관한 책임 있는 관리에 관한 새로운 나노폐기물 패러다임을 제시하고자 하였다.
Recent rapidly growth in nanotechnolgies is promised novel benefits through the exploitation of their unique industrial and biomedical applications. In addition, the production amount of these nanomaterials and nanoproducts has increased, and thus their uncontrolled release into the environment is a...
Recent rapidly growth in nanotechnolgies is promised novel benefits through the exploitation of their unique industrial and biomedical applications. In addition, the production amount of these nanomaterials and nanoproducts has increased, and thus their uncontrolled release into the environment is anticipated to grow dramatically in future. Therefore, nanowaste streams must be effectively managed for sustainable nanotechnology. However, the effectiveness and capability of the current systems to handle nanowastes are yet to be established. In this review, we investigated several key topics for new paradigm of nanowaste treatment, (i) global and domestic production of nanomaterials and nanoproducts, (ii) definition and key resources of nanowaste, (iii) current and developing treatment method for nanowaste, and (iv) regulations for nanomaterials and nanoproducts.
Recent rapidly growth in nanotechnolgies is promised novel benefits through the exploitation of their unique industrial and biomedical applications. In addition, the production amount of these nanomaterials and nanoproducts has increased, and thus their uncontrolled release into the environment is anticipated to grow dramatically in future. Therefore, nanowaste streams must be effectively managed for sustainable nanotechnology. However, the effectiveness and capability of the current systems to handle nanowastes are yet to be established. In this review, we investigated several key topics for new paradigm of nanowaste treatment, (i) global and domestic production of nanomaterials and nanoproducts, (ii) definition and key resources of nanowaste, (iii) current and developing treatment method for nanowaste, and (iv) regulations for nanomaterials and nanoproducts.
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문제 정의
2012년 3월 독일 뮌헨에서 나노폐기물의 안전관리라는 주제로 경제협력개발기구(organization for economic cooperation and development, OECD) 워크샵이 개최되었다[7]. 이 회의의 목적은 나노폐기물 또는 나노물질이 포함된 폐기물의 잠재적 위해성을 이해하고, 나노폐기물 처리에 관한 초기 경험이나 정보를 공유하기 위함에 있었다. 우리나라의 경우, 환경부가 나노위해성에 관한 작업반으로서 활동하며 OECD 회의에 참석하고 있다.
이와 같이 나노기술과 나노제품의 급증은 당연히 나노물질의 환경노출과 나노폐기물 급증을 야기하며, 현재 기술력으로 나노폐기물을 처리할 수 있을지에 관한 의구심을 갖게 한다. 이에 본 총설에서는 국내외 나노제품 및 나노물질의 유통 현황을 살펴보고, 나노폐기물의 노출원과 기존 처리방법의 문제점을 파악한 다음, 새로운 나노폐기물 처리에 관한 패러다임 제시가 필요함을 강조하고자 한다.
이와 같이 나노기술과 나노제품의 급증은 당연히 나노물질의 환경노출과 나노폐기물 급증을 야기하며, 현재 기술력으로 나노폐기물을 처리할 수 있을지에 관한 의구심을 갖게 한다. 이에 본 총설에서는 국내외 나노제품 및 나노물질의 유통 현황을 살펴보고, 나노폐기물의 노출원과 기존 처리방법의 문제점을 파악한 다음, 새로운 나노폐기물 처리에 관한 패러다임 제시가 필요함을 강조하고자 한다.
본 총설의 마지막 세부 절에서는 나노폐기물에 대한 관리 개념으로, 나노폐기물을 원천발생지인 원료물질로 되돌려 보내자는 개념을 제시하고자 한다. 이는 기존 처리시설로 완벽한 제거가 불가능 하다면, 나노소비재를 제조하는 데 사용했던 원료물질로서의 나노물질은 나노폐기물이 되더라도 다시 원료물질로 회수할 수 있어야 한다는 뜻이다.
본 총설에서는 나노물질 및 나노소비재의 급증으로 인한 나노폐기물의 증가 가능성을 파악하고, 기존의 처리방법이 나노폐기물 처리에 적합한지 문헌조사를 통해 분석하였다. 문헌조사 결과, 현재 나노폐기물을 처리할 수 있는 확실한 방법이 없는 상태이고, 기존의 소각 및 하수처리시설이 나노폐기물을 수용하지 못하므로 새로운 해법에 관한 연구가 필요함을 인식하게 되었다.
가설 설정
기존의 하수처리장 설비를 그대로 이용하며, 처리공정별로 노출 농도를 분석하는 방법을 취하였다. TiO2는 이온화된 형태로 존재하지 않는다는 가정 하에, 산분해법으로 이온화하여 ICP (inductive coupled plasma)로 측정하였다. 미국 애리조나에 있는 하수처리장을 대상으로 수계 노출 평가를 실시하였을 때[19], 254 ppb의 유입수에 대해 1차, 2차 유출수에는 각각 138, 20 ppb가 존재하는 것으로 평가되었다.
제안 방법
하수처리장내 나노입자가 노출된 경우, 잔류 특성을 보고한 사례도 있다. 기존의 하수처리장 설비를 그대로 이용하며, 처리공정별로 노출 농도를 분석하는 방법을 취하였다. TiO2는 이온화된 형태로 존재하지 않는다는 가정 하에, 산분해법으로 이온화하여 ICP (inductive coupled plasma)로 측정하였다.
대상 데이터
우리나라는 현재 126가지 나노소비재가 판매되고 있는 것으로 조사되었다. 미국은 587건, 유럽은 367건, 동아시아는 261건의 제품을 시장에 선보이고 있다.
광화제로 Na2CO3, NaHCO3가 사용되었으며, 수열법을 이용한 결정립 조대화(hydrothermal coarsening) 방법을 이용하였다. 최종 산물은 Na2Mg(CO3)2가 되며 크롬은 회수하여 재사용하였으며, 톤 단위의 나노폐기물을 처리할 수 있는 것으로 파악되었다. SiO2 나노입자를 Fe(OH)2와 전기응고(electrocoagulation)시켜서 침전시키는 방법도 제시되었으며[24], FeCl2와 FeCl3를 이용하여 자성을 띄는 물질이 합성되면서 실리카가 함께 응집되는 방법도 보고되었다[25].
이론/모형
광화제(mineralizer)를 이용하여 크롬(VI)을 포함한 20 nm의 Mg(OH)2 나노폐기물을 수 µm 크기로 성장시키는 방법이 보고되었다[23]. 광화제로 Na2CO3, NaHCO3가 사용되었으며, 수열법을 이용한 결정립 조대화(hydrothermal coarsening) 방법을 이용하였다. 최종 산물은 Na2Mg(CO3)2가 되며 크롬은 회수하여 재사용하였으며, 톤 단위의 나노폐기물을 처리할 수 있는 것으로 파악되었다.
성능/효과
예로 TiO2는 제품이나 원료물질로부터 직접적인 환경 노출이 발생될 수 있으며, 하수처리장, 소각장, 매립 과정을 거치게 된다[18]. 썬크림 제품의 사용 및 폐기 과정에서 노출되는 TiO2가 소각, 매립, 하수 처리 시설로 이동할 경우, 70% 정도는 매립되어 토양에 노출되며, 하수처리장의 침출수로는 12% 정도가 노출되는 것으로 파악되었다. 대기로는 1% 미만으로 나노 소비재에 의한 대기 노출은 거의 없으며, 대체로 수계와 토양에 노출되는 것으로 판단된다.
수계에 노출된 나노입자가 폐수처리시설로 이동하여, 1차 침전조를 거쳐 모두 제거 된다면 환경에 영향이 없겠지만, 잔류 중인 나노입자는 2차 생물학적 처리조에 영향을 미치게 된다[20]. 즉, Tween (polysorbate 계열 계면활성제)으로 표면처리한 SiO2는 폐수내 빠른 응집이 발생하여 1차 침전조에서 쉽게 제거되지만, 표면처리가 되지 않은 SiO2는 일반적인 체류시간 동안에는 침전이 발생하지 않고 2차 반응조까지 이동하는 것으로 나타났다.
이와 같이 기존 하수처리시설로는 나노물질이 포함된 폐수를 완벽하게 처리할 수 없다는 것이 현재까지의 결론이다. Limbach 교수에 의한 연구에 따르면 CeO2가 하수처리장의 최종 라인에서도 6 wt%가 발견할 수 있었다고 하였고, 기존의 생물학적 처리법이 그다지 효과적이지 않다는 결론을 내렸다[21].
후속연구
해당 기법은 나노입자를 크기별로 회수할 수 있다는 장점이 있지만 대용량 처리에는 한계가 있다. 이상의 멤브레인을 이용하는 나노폐기물, 특히 나노폐수 처리 기법은 나노입자의 회수를 통한 재이용면에서는 우수하지만, 기존 처리시설에 적용하기가 어렵고 처리용량의 한계점을 지닌다. 따라서 현장적용면에서는 입자를 성장시키는 전처리방법과 정화시설의 말단 노출부를 필터링 시키는 후처리방법을 적용하는 것이 바람직하다(Figure 5).
현재 상태는 나노물질 및 나노폐기물의 인체 및 환경 위해성의 개념이 뚜렷하지 않기 때문에 법적 규제나 제품 사용상 주의사항 등이 제시되지 않고 있어서, 나노폐기물은 일반폐기물로 처리되고 있다. 향후 나노물질에 관한 잠재적 위해성 정보가 취합되면, 나노폐기물의 처리 개념도 더욱 뚜렷해 질 것이다. 이러한 시점이 도래하면 새로운 처리방법이 개발되거나 기존 처리시설의 개선을 위한 방법이 도출될 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
실질적으로 나노물질이 인체에 악영향을 줄 수 있다는 국내외 보고는 무엇이 있는가?
학문적인 연구결과로서의 나노물질의 인체 및 환경 위해성 논란 이외에, 실질적으로 나노물질이 인체에 악영향을 줄수 있다는 국내외 보고가 수차례 있었다. 2006년 독일의 매직 나노라는 제품은 욕실 용품에 오염물질이 고착화되는 것을 방지하는 제품으로 판매되었었는데, 사용자가 해당 제품을 사용시 호흡기 질환을 유발한다는 보고가 있었다[4]. 2009년 한국산업안전보건공단 조사에 의하면 카본블랙을 취급하는 사업장에서 심혈관질환 관련 직업병이 발생하는 사례가 있었다[5]. 2011년 가습기 살균제에 의한 호흡기 급성 폐질환도 에어로졸 상으로 분무되는 나노입자(살균성분 함유)에 의한 영향으로 보고되고 있다[6]. 이와 같이 나노제품이 시장에 상품화 된지 얼마 되지 않아서 인체에 대한 영향력이 일찍부터 나타나고 있다.
폐수 내 포함된 나노물질을 제거하는 방법 중 응집법은 어떤 방법을 사용하는가?
크게 응집법과 필터링 방법으로 나뉜다[22]. 응집법은 나노입자를 성장시켜서 마이크로 크기로 만들어서 제거하거나 다른 물질과 공침시켜서 제거하는 방법을 사용한다. 몇 가지 예를 들자면 다음과 같다.
나노소비재는 어떤 제품이 포함되어 있는가?
전세계에서 생산되고 있는 나노소비재에 관한 현황은 우드로윌슨센터의 PEN (project on emerging nanotechnologies)의 일환으로 2005년부터 지속적으로 조사하면서 웹페이지를 통해 공개하고 있다[9]. 여기서 나노소비재는 나노물질, 나노입자를 이용하여 생산된 제품과 나노기술을 이용하여 제조한 IT 관련 제품도 포함되어 있다. 총 30개 국가에서 나노소비재가 생산되고 있으며, Figure 1처럼 미국의 전세계 생산 제품군의 거의 절반을 차지하고 있으며, 독일, 한국, 영국, 중국 순서로 많은 나노소비재를 생산하고 있다.
참고문헌 (28)
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