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문제 정의
- 이로 인해 무분별한 선체부착생물 수중제거과정에 노출된 우리나라 주요 항만 환경은 활성물질 오염과 외래종 유입 위험성에 그대로 노출되어 있어서, 해당 해양생태계 뿐만 아니라 국민의 건강에도 심대한 영향을 미치고 있다. 그래서 본 연구에서는 국내 주요항으로 입항하는 선박의 선체부착생물을 효과적으로 관리하기 위해서 친환경적인 수중제거기술개발 및 국가적 차원에서 선체부착생물 관련 국내법 제정 필요성에 대해서 강조하였다. 또한 뉴질랜드 사례를 참고해서 감천항에서 가상의 생물 및 화학적 위해성 시범 평가도 수행하였다.
- 현재 선체부착생물 관련 국내 연구는 뉴질랜드와 같은 선도국에 비해 많이 부족한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 선체부착생물관리 관련 선도국 사례를 소개하고, 수중제거 위해성 평가를 통해 선체부착생물규제 국내법 제정의 필요성에 대해서 알아보고자 하였다.
가설 설정
- 보다 자세한 실험 방법 및 연구 결과는 Kang(2018)의 연구 결과 보고서에서 확인 할 수 있다. 이렇게 획득한 자료를 이용해서 이어도호가 감천항내에서 water-jet 방식으로 선체부착생물 수중 제거를 수행한다는 가정하에 부산물 위해성 시범 평가를 수행했다. 수중 제거 부산물 위해성 평가는 크게 외래종의 유무 및 환경 적응 가능성 등을 고려해서 평가하는 생물학적 위해성 평가와 수중 제거 시 발생하는 유출수내 중금속 및 살생물제 농도와 발생량 결과를 활용한 화학적 위해성 평가로 나누어서 수행했다.
제안 방법
- 핵심 관리 요소를 기반으로 총 40개의 가상 시나리오에 대해서 IMEA 분석을 수행한 후 RPN을 구해서 각각의 시나리오별 위험 정도를 확인하였다(Table 4 and 5). IMEA 분석 시 먼저 침입종 유입이나 정착을 유발할 수 있는 6개의 핵심구성인자를 규정하였고, 개별구성인자에 대해 생물 유입 관점에서 1점(저위험)에서 10점(고위험)의 RPN값 산정을 위한 기준을 정하였다(Table 5). 이러한 산정 기준은 뉴질랜드 연구 사례를 참고하였다(Morrisey and Woods, 2015).
- 화학적 위해성평가를 위한 구리(Cupper) 농도 기준의 MAMPEC 프로그램을 구동하기 위해서는 아래와 같은 구성요소의 결정인자에 대한 값을 입력해야 한다(Table 7). MEPMPEC 프로그램의 주요 입력값은 해양수산부의 Port-MIS 자료, 기존 문헌자료, 프로그램 자체 제공 자료를 이용하였으며, 구리의 용출률은 한국해양과학술원의 R/V 이어도호가 도크 수리 시 water-jet 방식으로 부착생물을 제거한 시료를 취득하여 직접 분석한 값을 적용하였다.
- 그래서 본 연구에서는 국내 주요항으로 입항하는 선박의 선체부착생물을 효과적으로 관리하기 위해서 친환경적인 수중제거기술개발 및 국가적 차원에서 선체부착생물 관련 국내법 제정 필요성에 대해서 강조하였다. 또한 뉴질랜드 사례를 참고해서 감천항에서 가상의 생물 및 화학적 위해성 시범 평가도 수행하였다. 하지만 언급된 내용 중 상당 부분이 선도국에서 수행한 연구 결과 소개에 국한 되었지, 국내 연구진에 의해 도출된 연구 결과 내용은 소개하지 못했다.
- 수중 제거 부산물 위해성 평가는 크게 외래종의 유무 및 환경 적응 가능성 등을 고려해서 평가하는 생물학적 위해성 평가와 수중 제거 시 발생하는 유출수내 중금속 및 살생물제 농도와 발생량 결과를 활용한 화학적 위해성 평가로 나누어서 수행했다. 생물학적 위해성 평가를 수행하기 위해 먼저 감천항만내 수중제거 위해성 핵심 관리요소를 선정하고, 이를 통해 수중제거 시나리오를 도출하였다. 수중제거 시나리오별 상대적인 생물 위해성 평가를 위해 감염 유형 및 영향 분석(Infection Modes and Effects Analysis, IMEA)을 수행한 후 각 시나리오별 위험우선순위(Risk Priority Number)를 산출하였다.
- 부산 감천항 내 생물학적 위해성 시범 평가를 수행하기 위해 수중 제거 시 고려되어야 할 핵심 관리 요소를 선정하였다. 선정된 핵심요소는 선체부착생물 기원, 방오도료 코팅형태, 부착생물 형태, 수중제거 방법, 수중제거 파생물 포집적용 여부 등이다(Fig. 1, Table 3). 핵심 관리 요소를 기반으로 총 40개의 가상 시나리오에 대해서 IMEA 분석을 수행한 후 RPN을 구해서 각각의 시나리오별 위험 정도를 확인하였다(Table 4 and 5).
- 1), 사진 촬영 및 샘플링 종료 후 고압세척기(Water-Jet)를 이용해서 선체부착생물을 제거하였다. 선체부착생물 제거 전 다양한 방법(사진, 방형구)을 통해서 부착생물의 종류와 양을 확인하였고, 고압세척기를 활용해서 선체부착생물 제거 시 발생된 유출수내 화학적 인자들도 분석하였다. 보다 자세한 실험 방법 및 연구 결과는 Kang(2018)의 연구 결과 보고서에서 확인 할 수 있다.
- 이렇게 획득한 자료를 이용해서 이어도호가 감천항내에서 water-jet 방식으로 선체부착생물 수중 제거를 수행한다는 가정하에 부산물 위해성 시범 평가를 수행했다. 수중 제거 부산물 위해성 평가는 크게 외래종의 유무 및 환경 적응 가능성 등을 고려해서 평가하는 생물학적 위해성 평가와 수중 제거 시 발생하는 유출수내 중금속 및 살생물제 농도와 발생량 결과를 활용한 화학적 위해성 평가로 나누어서 수행했다. 생물학적 위해성 평가를 수행하기 위해 먼저 감천항만내 수중제거 위해성 핵심 관리요소를 선정하고, 이를 통해 수중제거 시나리오를 도출하였다.
- 생물학적 위해성 평가를 수행하기 위해 먼저 감천항만내 수중제거 위해성 핵심 관리요소를 선정하고, 이를 통해 수중제거 시나리오를 도출하였다. 수중제거 시나리오별 상대적인 생물 위해성 평가를 위해 감염 유형 및 영향 분석(Infection Modes and Effects Analysis, IMEA)을 수행한 후 각 시나리오별 위험우선순위(Risk Priority Number)를 산출하였다. 화학적 위해성 평가는 MEMPEC(Marine Antifouling Model to Predict Environmental Concentration) 모델을 이용하였으며, 방오도료에 많이 사용되는 구리(Cupper) 농도를 이용해서 PEC(Predict Environmental Concentration) 값과 PNEC(Predict No Effect Concentration) 값을 이용해서 PEC/PNEC 값을 산출하였다.
- 수중제거 시나리오에 대한 RPN을 분석하여 >20,000점을 고위험, 10,000 ~ 20,000점을 중위험, <10,000점을 저위험 시나리오로 구분하였다.
- PEC/PNEC 값이 1보다 높은 경우 수중제거 시 해당 항만 위해도가 높아지게 된다. 최종적으로 생물학적 위해성 평가 결과와 화화적 위해성평가 결과를 토대로 선체부착생물 수중 제거 가능 여부를 결정하였다. 선저부착생물관련 수중제거 기술 및 국가별 관리 사례는 Floerl et al.
- 1, Table 3). 핵심 관리 요소를 기반으로 총 40개의 가상 시나리오에 대해서 IMEA 분석을 수행한 후 RPN을 구해서 각각의 시나리오별 위험 정도를 확인하였다(Table 4 and 5). IMEA 분석 시 먼저 침입종 유입이나 정착을 유발할 수 있는 6개의 핵심구성인자를 규정하였고, 개별구성인자에 대해 생물 유입 관점에서 1점(저위험)에서 10점(고위험)의 RPN값 산정을 위한 기준을 정하였다(Table 5).
대상 데이터
- 2017년 3월 감천항에서 한국해양과학기술원 연구선 이어도(R/V EARDO)호 상가수리 시, 선체부착생물의 종류 및 양을 확인하기 위해 선박의 선저 사진을 촬영하였으며(Fig. 1), 사진 촬영 및 샘플링 종료 후 고압세척기(Water-Jet)를 이용해서 선체부착생물을 제거하였다. 선체부착생물 제거 전 다양한 방법(사진, 방형구)을 통해서 부착생물의 종류와 양을 확인하였고, 고압세척기를 활용해서 선체부착생물 제거 시 발생된 유출수내 화학적 인자들도 분석하였다.
- 부산 감천항 내 생물학적 위해성 시범 평가를 수행하기 위해 수중 제거 시 고려되어야 할 핵심 관리 요소를 선정하였다. 선정된 핵심요소는 선체부착생물 기원, 방오도료 코팅형태, 부착생물 형태, 수중제거 방법, 수중제거 파생물 포집적용 여부 등이다(Fig.
- 부산 감천항을 대상으로 항만의 지리적 및 수질환경 특성, 입항하는 선박정보 등을 입력하였다. 다만, Maintenance & Repair에서 감천항내 1년에 페인팅 되는 선박의 수(Painting frequency per year)에 대한 정보가 부재하여 여러 가지 경우의 수를 입력하여 PEC 및 PEC/PNEC의 변화를 살펴보았다(Fig.
- 한국해양과학기술원의 연구선 R/V 이어도호 감천항내 수중제거 수용여부를 시범 평가하였다. 이어도호의 선박 페인팅 정보, 생물부착형태, 수중제거 형태 등은 선박 문서와 선박수리 시 현장방문 및 시료채취를 통해 확인하였다.
이론/모형
- 선저부착생물관련 수중제거 기술 및 국가별 관리 사례는 Floerl et al.(2010), Morrisey and Woods(2015), Burrows and Aitken(2015) 등의 문헌 내용을 참고해서 작성하였다.
- 수중제거 시나리오별 상대적인 생물 위해성 평가를 위해 감염 유형 및 영향 분석(Infection Modes and Effects Analysis, IMEA)을 수행한 후 각 시나리오별 위험우선순위(Risk Priority Number)를 산출하였다. 화학적 위해성 평가는 MEMPEC(Marine Antifouling Model to Predict Environmental Concentration) 모델을 이용하였으며, 방오도료에 많이 사용되는 구리(Cupper) 농도를 이용해서 PEC(Predict Environmental Concentration) 값과 PNEC(Predict No Effect Concentration) 값을 이용해서 PEC/PNEC 값을 산출하였다. PEC/PNEC 값이 1보다 높은 경우 수중제거 시 해당 항만 위해도가 높아지게 된다.
성능/효과
- iii) ‘clean hull’ 상태가 아닐 경우, 입항 24시간 이내에 자국의 가이드라인에 의한 수중제거 필수.
- 수중제거 시나리오에 대한 RPN을 분석하여 >20,000점을 고위험, 10,000 ~ 20,000점을 중위험, <10,000점을 저위험 시나리오로 구분하였다. 고위험 및 중위험 시나리오는 외래생물 유입의 가능성이 높아 수중제거가 불가능할 것으로 판단하였다. 본 연구는 수중제거 위해성평가의 절차와 기법을 이해하는데 목적을 두어 시범적으로 RPN을 산정했지만, 향후에는 많은 전문가들에 의해 산정된 RPN의 평균값을 사용하는 것이 바람직하다.
- 다만, Maintenance & Repair에서 감천항내 1년에 페인팅 되는 선박의 수(Painting frequency per year)에 대한 정보가 부재하여 여러 가지 경우의 수를 입력하여 PEC 및 PEC/PNEC의 변화를 살펴보았다(Fig. 2) 결정인자의 값을 입력한 후 MAMPEC 프로그램을 구동하여 PEC 값을 계산한 결과, PEC 및 PEC/PNEC값은 1년 동안 감천항에서 페인팅 되는 선박의 수에 의해 영향을 받는 것으로 확인되었다.
- Table 5의 산정기준 기준에 의해 개별 구성인자에 대한 점수를 구한 후 IMEA 구성인자의 개별점수를 곱하여 40개 code의 수중제거 시나리오에 대한 RPN을 산정하였다. 산정결과, 국제선이며 수중제거 과정에서 발생하는 부산물을 포집하지 않는 시나리오 code는 20,000점 이상 이였으며, 반면에 부산물을 포집하는 시나리오 code에서는 10,000점 이하로 상대적으로 낮은 RPN을 보였다(Table 6). 수중제거 시나리오에 대한 RPN을 분석하여 >20,000점을 고위험, 10,000 ~ 20,000점을 중위험, <10,000점을 저위험 시나리오로 구분하였다.
- , 2007). 선체부착생물 제거 주기도 국가마다 상이한데, 덴마크, 노르웨이, 폴란드는 수리 및 정비를 받을 때 부착생물을 제거하면 되는 데 반해, 스코틀랜드는 선박의 종류, 스웨덴은 선체에 부착된 생물량에 따라서 주기가 다르게 적용되는 것을 확인할 수 있었다(Table 2). 따라서 향후에 수중에서 선체부착생물을 제거하기 위해서는 국제법 및 각 항만 선체부착생물관리규정에 위배가 되지 않아야만 수중 제거를 수행할 수 있을 것으로 예측이 된다.
- 즉, 생물학적 위해성 평가에서 이어도호는 감천항에서 수중제거가 가능한 것으로 평가되었다(Table 8). 이어도호의 보다 명확한 화학적 위해성평가를 위해 감천항의 선박수리 업체 확인결과, 최소한 감천항에서 1년에 최소한 50척 이상의 선박이 페인팅 되는 것으로 확인되었다. 즉, MAMPEC 프로그램 구동에 의한 화학적 위해성평가에서 PEC/PNEC 값이 1 이상으로 이어도호의 수중제거는 수용 불가능한 것으로 평가되었다(Table 8).
- 이어도호의 보다 명확한 화학적 위해성평가를 위해 감천항의 선박수리 업체 확인결과, 최소한 감천항에서 1년에 최소한 50척 이상의 선박이 페인팅 되는 것으로 확인되었다. 즉, MAMPEC 프로그램 구동에 의한 화학적 위해성평가에서 PEC/PNEC 값이 1 이상으로 이어도호의 수중제거는 수용 불가능한 것으로 평가되었다(Table 8). 최종적인 이어도호의 위해성평가는 화학적 위해성 평가의 결과가 반영되어 수중제거가 불가능한 것으로 평가되었다(Table 8).
- 2) 결정인자의 값을 입력한 후 MAMPEC 프로그램을 구동하여 PEC 값을 계산한 결과, PEC 및 PEC/PNEC값은 1년 동안 감천항에서 페인팅 되는 선박의 수에 의해 영향을 받는 것으로 확인되었다. 즉, 감천항에서 1년에 25척이상의 선박이 페인팅 되면 PEC/PNEC값이 1 이상으로 화학적 위해성이 높아지는 것으로 분석되었다.
- 확인 결과, 이어도호는 작성된 수중제거 시나리오의 28번 code에 해당되었고, code 28번의 RPN은 8,400점으로 외해생물의 유입의 가능성이 낮은 저위험에 해당되었다(Table 6). 즉, 생물학적 위해성 평가에서 이어도호는 감천항에서 수중제거가 가능한 것으로 평가되었다(Table 8). 이어도호의 보다 명확한 화학적 위해성평가를 위해 감천항의 선박수리 업체 확인결과, 최소한 감천항에서 1년에 최소한 50척 이상의 선박이 페인팅 되는 것으로 확인되었다.
- 즉, MAMPEC 프로그램 구동에 의한 화학적 위해성평가에서 PEC/PNEC 값이 1 이상으로 이어도호의 수중제거는 수용 불가능한 것으로 평가되었다(Table 8). 최종적인 이어도호의 위해성평가는 화학적 위해성 평가의 결과가 반영되어 수중제거가 불가능한 것으로 평가되었다(Table 8).
- 이어도호의 선박 페인팅 정보, 생물부착형태, 수중제거 형태 등은 선박 문서와 선박수리 시 현장방문 및 시료채취를 통해 확인하였다. 확인 결과, 이어도호는 작성된 수중제거 시나리오의 28번 code에 해당되었고, code 28번의 RPN은 8,400점으로 외해생물의 유입의 가능성이 낮은 저위험에 해당되었다(Table 6). 즉, 생물학적 위해성 평가에서 이어도호는 감천항에서 수중제거가 가능한 것으로 평가되었다(Table 8).
후속연구
- , 2013). 따라서 우리나라도 선도국 사례를 참조해서 우리나라 주요 항구에 도착하는 선박의 입출항 및 선체부착생물오손의 현황, 수중제거 파생물 실험 결과, 전문가 자문 등을 종합적으로 고려한 위해성 평가를 수행하고, 이를 토대로 국내 항만 현실에 맞는 선체부착생물규제 국내법을 제정해야 할 필요가 있다.
- 이들 자료를 통해서 외래종 유입 사실은 확인이 가능하나, 외래종 유입경로, 확산 및 생태계 교란 정도를 확인하기는 어렵다. 따라서 항만 환경 내 외래종의 분포와 생태계 교란 양상 그리고 활성물질의 종류 및 농도 등을 포함하는 종합적인 모니터링 연구가 필요하다. 또한 위해성 평가 부분에서도 국제 규격시험종 외 해당 해역의 부유 및 저서 대표종을 활용해서 수중 제거 시 발생하는 파생물과의 독성 실험을 다양한 규모(실험실, 메조코즘, 현장등)에서 진행한 후 위해성의 수준을 파악 할 필요가 있다.
- 선체부착생물 제거 주기도 국가마다 상이한데, 덴마크, 노르웨이, 폴란드는 수리 및 정비를 받을 때 부착생물을 제거하면 되는 데 반해, 스코틀랜드는 선박의 종류, 스웨덴은 선체에 부착된 생물량에 따라서 주기가 다르게 적용되는 것을 확인할 수 있었다(Table 2). 따라서 향후에 수중에서 선체부착생물을 제거하기 위해서는 국제법 및 각 항만 선체부착생물관리규정에 위배가 되지 않아야만 수중 제거를 수행할 수 있을 것으로 예측이 된다.
- 따라서 항만 환경 내 외래종의 분포와 생태계 교란 양상 그리고 활성물질의 종류 및 농도 등을 포함하는 종합적인 모니터링 연구가 필요하다. 또한 위해성 평가 부분에서도 국제 규격시험종 외 해당 해역의 부유 및 저서 대표종을 활용해서 수중 제거 시 발생하는 파생물과의 독성 실험을 다양한 규모(실험실, 메조코즘, 현장등)에서 진행한 후 위해성의 수준을 파악 할 필요가 있다. 이러한 연구를 통해서 얻어지는 결과들은 항만 내 위해성을 파악하고 정책을 입안하고 시행하는 과정에서 가장 기초적이고 중요한 정보를 제공할 것이다.
- 고위험 및 중위험 시나리오는 외래생물 유입의 가능성이 높아 수중제거가 불가능할 것으로 판단하였다. 본 연구는 수중제거 위해성평가의 절차와 기법을 이해하는데 목적을 두어 시범적으로 RPN을 산정했지만, 향후에는 많은 전문가들에 의해 산정된 RPN의 평균값을 사용하는 것이 바람직하다.
- 하지만 국제법 제정에 수년의 시간이 필요하기 때문에, 먼저 국내법을 제정해서 국내 주요항구로 입항하는 선박에 대해 부착생물 관리를 수행하고 , 이와 동시에 수중제거기술계발도 같이 병행해서 이루어져야 효율적인 선체부착생물관리가 이루어 질 수 있을 것이다. 본 자료는 향후 선체부착생물관련 기초 연구 자료로 활용 될 수 있을 것으로 예상된다.
- 하지만 이 기술은 무산소 상태(Anoxic condition)로 만드는데 오랜 시간이 소요되기 때문에 군함 및 중규모 이상의 선박에 적용이 되지 않다가, 화학물질 첨가로 무산소 시기를 앞당길 수 있게 되면서 최대 길이 30 m 선박에 적용 가능하다고 보고되었다(Morrisey and Woods, 2015). 요약하면, 현재까지 사용하는 대부분의 수중 제거 기술은 떨어져 나가는 생물과 방오도료 성분을 흡수할 수 없는 기술적 한계가 있으며, 이로 인해 해양으로 유출된 엄청난 양의 외래생물 및 활성물질이 많은 국가의 해양 생태계를 교란하였거나 오염 시킨 것으로 확인된다. 하지만 선체부착생물제거를 하지 않았던 시기에도 해양유해생물이 국가 간 이동이 보고되고 있고, 선박의 연료 절감 측면에서도 정기적인 선체부착생물 제거는 이루어져야하기 때문에, 건식 도크 사용이 비용 및 시간적 측면에서 비효율적이라면, 수중 제거 시 발생되는 유해물질을 제거 할 수 있는 친환경적인 수중 제거 기술을 개발해야 할 것이다.
- com/489). 위의 사례와 같이 국내 기업들이 경쟁력 있는 기술을 개발할 수 있다면 충분히 세계 시장 선도국 위치를 선점할 수 있을 것으로 판단된다. 우리나라 항만 환경을 보호하기 위한 다른 하나의 방법은 선체부착생물 수중제거 관련 강제력을 가진 국내법 제정이다.
- 또한 위해성 평가 부분에서도 국제 규격시험종 외 해당 해역의 부유 및 저서 대표종을 활용해서 수중 제거 시 발생하는 파생물과의 독성 실험을 다양한 규모(실험실, 메조코즘, 현장등)에서 진행한 후 위해성의 수준을 파악 할 필요가 있다. 이러한 연구를 통해서 얻어지는 결과들은 항만 내 위해성을 파악하고 정책을 입안하고 시행하는 과정에서 가장 기초적이고 중요한 정보를 제공할 것이다.
- 효율적인 선체부착생물 관리를 위해서는 선박평형수 배출수 관련 규제 (IMO G8)처럼 전 세계 대다수의 국가가 참여하는 체계적인 국제법이 필요한 것으로 판단된다. 하지만 국제법 제정에 수년의 시간이 필요하기 때문에, 먼저 국내법을 제정해서 국내 주요항구로 입항하는 선박에 대해 부착생물 관리를 수행하고 , 이와 동시에 수중제거기술계발도 같이 병행해서 이루어져야 효율적인 선체부착생물관리가 이루어 질 수 있을 것이다. 본 자료는 향후 선체부착생물관련 기초 연구 자료로 활용 될 수 있을 것으로 예상된다.
- 요약하면, 현재까지 사용하는 대부분의 수중 제거 기술은 떨어져 나가는 생물과 방오도료 성분을 흡수할 수 없는 기술적 한계가 있으며, 이로 인해 해양으로 유출된 엄청난 양의 외래생물 및 활성물질이 많은 국가의 해양 생태계를 교란하였거나 오염 시킨 것으로 확인된다. 하지만 선체부착생물제거를 하지 않았던 시기에도 해양유해생물이 국가 간 이동이 보고되고 있고, 선박의 연료 절감 측면에서도 정기적인 선체부착생물 제거는 이루어져야하기 때문에, 건식 도크 사용이 비용 및 시간적 측면에서 비효율적이라면, 수중 제거 시 발생되는 유해물질을 제거 할 수 있는 친환경적인 수중 제거 기술을 개발해야 할 것이다.
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