일반적으로 PFAS로 알려진 과불화화합물 및 다불화화합물은 매우 강력한 탄소-불소 결합을 특징으로 하는 인공적인 고불소화 유기 분자군입니다. 이러한 결합은 화학적 및 물리적 분해에 대한 저항성, 발수 및 발유성, 유화 능력, 고온 안정성과 같은 놀라운 특성을 가진 물질을 만들어냅니다.
이러한 특성 덕분에 PFAS는 일반 가정용품(눌어붙지 않는 조리기구, 개인 위생용품 등), 의약품, 플라스틱, 전자제품, 소방, 화장품, 자동차, 항공우주, 에너지 저장 장치 등 수많은 산업 분야에서 유용하게 사용되고 있습니다.
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그러나 바로 이러한 특성과 탄소-불소 결합의 강도로 인해 PFAS의 환경 잔류성과 인체 건강에 미치는 잠재적 영향에 대한 우려가 제기되었습니다. 그 결과, 전 세계 규제 기관은 진화하는 규칙과 제한 조치로 대응하고 있으며, 소비자들은 대체재를 요구하는 목소리를 높이고 있습니다.
과학 출판물에서 PFAS의 보급 현황을 더 깊이 이해하기 위해, 당사는 세계 최대의 인적 관리 과학 정보 저장소인 CAS Content CollectionTM 내에서 화학 구조 기반의 체계적인 검색을 수행했습니다. 분석 결과, 다양한 규제 정의에 따라 PFAS 식별에 있어 현저한 차이가 있음이 밝혀졌습니다(그림 1 참조).
- 단일 -CF₃ 또는 -CF₂ 그룹을 포함하는 화합물까지 포함하는 경제협력개발기구(OECD) 2021 정의 지침을 따를 경우, CAS Content Collection 내에서 약 2,400만 개의 서로 다른 PFAS 분자가 식별되었습니다.
- 반면, 최소 두 개의 -CF₂ 또는 -CF₃ 그룹을 요구하는 보다 엄격한 미국 환경보호청(U.S. EPA) 정의를 적용할 경우, PFAS로 분류되는 물질의 수는 약 180만 개의 화합물로 크게 감소했습니다.
이 수치는 기존에 추정되던 10,000~15,000개의 PFAS 화합물보다 훨씬 높은 수준이며, 이는 규제의 영향을 받거나 유사한 특성을 구현하기 위해 제형 변경이 필요한 제품이 훨씬 더 많을 수 있음을 의미합니다. 당사는 과학적 또는 상업적 관련성이 확립된 물질에 초점을 맞추어 100만 건 이상의 과학 문서에 등장하는 350,000개 이상의 고유 화합물을 분석했습니다.
시간이 지남에 따라 PFAS 완화 또는 정화에 관한 출판물이 뚜렷하게 증가했음에도 불구하고(그림 2 참조), PFAS의 광범위한 사용과 환경적 영향을 고려할 때 현재의 연구량은 여전히 부족합니다. 미국이 PFAS 완화 연구 측면에서 가장 영향력 있고 선도적인 역할을 하며 이 분야의 상당한 발전을 이끌고 있다는 점은 주목할 만합니다. EU와 중국 또한 PFAS 관련 문제를 해결하기 위해 연구 이니셔티브를 강화하며 핵심적인 역할을 하고 있습니다.
이는 PFAS 오염을 완화하고 환경 안전을 보장하며 공중 보건을 보호하기 위한 효과적인 방법을 개발하려는 전 세계적인 노력이 더욱 강화되어야 함을 강조합니다. 당사의 분석은 진화하는 규제 환경과 25개 주요 응용 분야에서의 PFAS 보급 현황을 다룹니다. 당사는 CAS Content Collection의 문서를 바탕으로 출판 동향과 다양한 응용 분야에서의 잠재적 대체재를 파악했습니다.
PFAS 문헌의 지리적 변화 및 상업적 패턴
당사는 분석 과정에서 350,000개 이상의 고유 PFAS 화합물을 언급한 CAS Content Collection의 100만 건의 문서를 검토했습니다. 시간적 분석 결과, 지난 70년간 저널 및 특허 출판물 수가 크게 증가하는 추세를 보였습니다(그림 3 참조). 전 세계적인 엄격한 규제에도 불구하고 2:3의 특허 대 저널 비율은 PFAS 화합물이 여전히 다양한 산업 분야에서 널리 사용되고 있음을 나타냅니다.
이러한 간행물의 전 세계 분포를 분석한 결과, 미국이 여전히 두각을 나타내고 있지만 중국과 일본을 비롯한 아시아 국가들 또한 PFAS 연구 및 응용 분야의 핵심 거점인 것으로 확인되었습니다(그림 4 참조). 이러한 추세는 해당 지역 내 엄격한 PFAS 규제가 부재하기 때문일 수 있습니다. 반면 유럽 국가들은 특허 출원 건수가 낮게 나타나고 있는데, 이는 EU 내 잠재적인 PFAS 선별적 금지 조치와 관련하여 산업계에서 PFAS 사용이 감소하고 있음을 시사합니다.
각 지역 산업계의 특허 출원 건수를 분석하여 국가별 PFAS 상업적 이용 현황을 평가했습니다(그림 5 참조). 특히 일본이 PFAS 상업적 응용 분야에서 선두를 달리고 있으며, 미국과 중국이 그 뒤를 잇고 있습니다. 그림 5의 국가별 특허 출원 시계열 분석에 따르면, 한국을 제외한 모든 국가에서 상업적 이용이 둔화되는 가운데 중국만이 유일하게 PFAS 관련 상업 특허가 크게 증가하고 있는 것으로 나타났습니다.
살펴보겠지만, 이러한 패턴은 여러 산업 및 응용 분야에서 PFAS가 광범위하게 사용되고 있으며 지역별로 규제 접근 방식이 다양하다는 점을 반영합니다.
변화하는 PFAS 규제 환경
PFAS 규제는 단순히 제거하는 것을 넘어 환경 및 건강 위험을 줄이는 동시에 필수적인 기능을 유지해야 하는 복잡한 과제를 안고 있습니다. PFAS 화합물의 다양성, 독성·잔류성·생물축적성에 대한 과학적 불확실성, 그리고 의료·국방·소방 안전 분야에서 이러한 화학물질이 차지하는 중요한 역할로 인해 규제 환경은 더욱 복잡해지고 있습니다.
또한 PFAS를 제거하거나 대체하는 과정에는 탐지 한계, 정화 비용, 일부 핵심 응용 분야에 적합한 대체재 부족 등 현실적인 장벽이 존재합니다. 따라서 비필수적인 용도를 단계적으로 폐지하는 것을 우선시하되, 즉각적인 제거가 용납할 수 없는 혼란이나 안전 문제를 야기할 수 있는 분야에 대해서는 신중하게 전환을 관리하는 세밀한 규제 접근 방식이 필요합니다.
지난 15년간 여러 지역에서 PFAS 규제를 위한 조치를 취해 왔으며, 환경과 인체 건강에 미치는 PFAS의 영향에 대한 대중의 우려가 커짐에 따라 최근 5년간 관련 활동이 더욱 활발해졌습니다(그림 6 참조).
미국의 규제
미국 환경보호청(EPA)은 시간이 지남에 따라 PFAS를 선별적으로 제한하거나 금지하는 조치를 시행해 왔습니다. 2023년, EPA는 더욱 엄격한 검토 절차를 확립하기 위한 새로운 프레임워크를 도입했습니다. 노출 및 환경 방출 위험이 미미한 PFAS는 기본적인 물리화학적 특성 데이터를 확보하고 적절한 폐기 방안을 마련한 후 상업화할 수 있습니다. 방출 가능성이 낮지만 미미하지는 않은 PFAS의 경우, 제조 승인 전에 독성 동태 데이터와 같은 추가적인 테스트가 요구됩니다.
스프레이형 얼룩 방지제와 같이 환경 방출이나 노출을 유발할 가능성이 큰 PFAS의 경우, EPA는 일반적으로 상업화를 금지합니다. 단, 군사적 필요성이 긴급한 경우는 예외이며, 그 외에는 물리화학적 특성, 독성 및 환경적 거동에 대한 광범위한 테스트가 완료될 때까지 상업화가 허용되지 않습니다.
EPA의 2024 PFAS 전략 로드맵은 가장 널리 사용되고 유해한 두 가지 PFAS인 PFOA와 PFOS, 그리고 그 염 및 구조 이성질체를 포괄적 환경 대응·보상·책임법(CERCLA, 일명 슈퍼펀드법)에 따른 유해 물질로 지정했습니다. 이러한 지정으로 인해 산업계, 부동산 소유주 및 연방 기관에 여러 보고 및 공개 의무가 부과되었으며, 이를 통해 EPA는 더 많은 오염 부지를 처리하고 조기 대응을 수행하며 최종 정화 작업을 앞당길 수 있게 되었습니다.
또한 제품 신고, 제조사 및 유통업체의 준수 인증, 의도적으로 PFAS를 첨가한 특정 제품군에 대한 전면 금지 등을 의무화하는 주(State) 단위의 규제도 다수 존재합니다. 캘리포니아, 메인, 워싱턴 등 여러 주에서는 다양한 소비재 제품군 내 PFAS 사용을 포괄적으로 금지하는 조치를 시행하고 있습니다.
기업들은 주마다 다른 규제로 인해 어려움을 겪을 수 있지만, 이러한 조치들은 강력한 연방 법률이 부재함에도 불구하고 시장이 PFAS 화학물질에서 벗어나도록 유도하고 있습니다. 이른바 '영원한 화학물질'인 PFAS에 대한 대중의 우려가 커짐에 따라, 더 많은 주에서 연방 정부의 개입을 기다리기보다 선제적으로 문제 해결에 나서고 있습니다.
EU의 PFAS 규제
유럽연합(EU)은 일반적으로 스톡홀름 협약에 따라 미국보다 더 엄격한 PFAS 제한 조치를 시행하고 있습니다. 회원국들 또한 부분적인 금지 조치를 제정하고 있는데, 예를 들어 덴마크에서는 2026년 7월부터 대부분의 경우 PFAS가 함유된 의류, 신발 및 관련 방수제의 수입과 판매가 금지될 예정입니다.
유럽화학물질청(ECHA)은 추정하기를, 현재의 관행이 지속될 경우 향후 30년 동안 440만 톤의 PFAS가 환경으로 배출될 것이라고 경고합니다. 이러한 시나리오는 PFAS 배출의 잔류성으로 인해 환경 및 공중 보건에 상당한 위험을 초래합니다. 이에 따라 2023년, ECHA는 덴마크, 독일, 네덜란드, 노르웨이, 스웨덴의 유럽 당국과 협력하여 OECD 정의에 부합하는 모든 PFAS를 유럽 내에서 사실상 금지하는 제안을 제출했습니다(일부 예외 사항 적용).
EU 기관들은 일자리 감소 및 공급망 차질에 대한 우려를 포함하여 제안된 법안에 대해 수천 건의 의견을 접수했습니다. 이 글을 작성하는 현재, 잠재적인 금지 조치와 그에 따른 경제적 영향에 대한 심의가 계속되고 있습니다.
아시아 태평양 지역 규제
스톡홀름 협약은 아시아 태평양 지역의 PFAS 규제 전반에 큰 영향을 미치고 있습니다. 중국, 일본, 한국, 호주, 뉴질랜드 등은 PFAS 물질을 금지하거나 제한하고 있습니다. 그러나 이들 국가의 규제 환경은 계속해서 변화하고 있으며, 일부 국가는 미국과 EU의 접근 방식을 반영한 진보적인 조치를 채택하고 있습니다.
용도별 PFAS 사용 패턴
개요
CAS Content Collection 분석을 통해 문헌을 CAS 주제 섹션에 따라 다양한 용도로 분류했습니다. 특허 대비 저널 비율이 높은 25가지 주요 용도로 범위를 좁혔습니다(그림 7 참조).
이어서 독특한 불소 함량 프로필과 높은 특허/저널 출판 비율을 기준으로 선정한 10가지 용도에 대해 화학 물질과 과학적 개념 간의 관계를 심층 분석했습니다.
플라스틱
PFAS는 다양한 플라스틱 배합에 포함되어 향상된 내화학성, 열 안정성, 마찰 감소 등 핵심적인 성능을 부여합니다. 그림 8에서 볼 수 있듯이, 저분자 물질과 고분자 물질이 주요 PFAS 물질군을 형성하고 있습니다.
In conventional plastics, PFAS functions as mold release agents and anti-blocking additives that prevent adhesion between plastic surfaces during manufacturing. PFAS have been used extensively in plastic food packaging, where they’ve been found to migrate from into foodstuffs, raising concerns about human exposure. Numerous alternatives already exist for food packaging, such as polyethylene and silicone resins and oils.
플라스틱에 자주 사용되는 PFAS 분자의 기능을 파악하기 위해 주요 과학적 개념과 PFAS 물질의 동시 출현 빈도를 분석했습니다. 그림 8에서 볼 수 있듯이 1107-00-2(4,4-(헥사플루오로-이소프로필리덴)디프탈산 무수물) 및 341-58-2(2,2’-비스(트리플루오로메틸)-4,4’-디아미노비페닐)와 같은 일부 PFAS 분자는 플라스틱 필름 및 광학 이미징 장치 관련 문헌에서 두드러지게 나타납니다. 9011-17-0(헥사플루오로프로필렌-비닐리덴 플루오라이드 공중합체) 및 25067-11-2(헥사플루오로프로필렌-테트라플루오로에틸렌 공중합체)와 같은 다른 물질은 카본 블랙 혼입, 플라스틱 필름, 코팅 재료, 멤브레인 등 여러 용도 개념에 걸쳐 나타납니다.
기타 용도
CAS Content Collection의 PFAS 관련 문헌 분석을 통해 농약 생물조절제, 에너지 저장 및 변환, 사진 및 방사선, 전자 제품(특히 반도체 제조 및 배터리 기술), 코팅 및 잉크, 고무 및 합성 엘라스토머, 냉매 및 분리 물질 등 수많은 산업적 용도를 조사했습니다. 저분자 물질은 고분자 및 염과 함께 이러한 용도 전반에서 주요 물질군 중 하나입니다. 또한 에센셜 오일, 화장품, 섬유 및 직물과 같은 소비자 카테고리에서의 PFAS 물질도 분석했습니다. PFAS는 이러한 분야에서 광범위하게 사용되지만, 동시에 가장 실행 가능한 대체재가 많은 분야이기도 합니다.
의약품이 문헌상 수치적으로 가장 흔한 용도라는 점은 주목할 만합니다. 다양한 약물, 약물 운반체, 약물 전달 시스템 및 그 기능 연구와 관련된 PFAS 참조를 포함하는 문헌을 약 56만 건 발견했습니다. 그러나 의약품에 사용되는 PFAS 분자는 OECD의 PFAS 정의를 기술적으로 충족하더라도 일반적으로 다른 장쇄 PFAS 분자와는 다른 화학적 구조를 가집니다. 또한 의약품은 약물에서의 핵심적인 역할과 현재 비불소계 대체재의 부재로 인해 PFAS 분자의 '필수적 사용'으로 분류되고 있습니다.
이러한 용도에 대한 심층적인 논의는 전체 보고서를 다운로드하여 확인하시기 바랍니다.
PFAS 단계적 퇴출의 과제
당사의 전체 보고서는 PFAS에 대한 전례 없는 분석을 제공하며, 이 중요한 화학 물질군에 대한 이해를 변화시키는 데이터 기반의 관점을 제시합니다. CAS Content Collection에 대한 포괄적인 조사를 통해 PFAS의 세계가 규제 및 과학적 담론에서 일반적으로 이해되는 것보다 훨씬 더 방대하고 구조적으로 다양하다는 사실을 밝혀냈으며, 이는 정책 개발 및 전환 계획에 중요한 시사점을 제공합니다.
분석을 통해 밝혀진 구조-기능 관계는 PFAS가 왜 산업 전반에 깊숙이 통합되었는지를 보여줍니다. 즉, PFAS의 고유한 특성은 용도별 요구 사항에 맞춰 특정 불소 패턴을 통해 의도적으로 설계된 것입니다. 이것이 바로 PFAS의 기술적 가치와 적절한 대체재를 찾기 어려운 이유를 설명합니다.
당사의 글로벌 규제 분석에 따르면, 규제 환경은 파편화되어 있으며 지역마다 다른 속도와 접근 방식으로 진화하고 있습니다. 이는 다국적 기업에 복잡한 규제 준수 환경을 조성하며, 기업들이 다양한 요구 사항에 적응함에 따라 지역별 제조 및 혁신 변화가 일어날 것임을 시사합니다. 예를 들어, EU의 포괄적인 접근 방식과 미국의 보다 선별적인 연방 전략 간의 대조는 신흥 우려 화학 물질을 다루는 데 있어 예방 원칙과 위험 기반 규제 사이의 근본적인 긴장을 잘 보여줍니다.
The future PFAS landscape will be shaped by the interplay between technical innovation, regulatory evolution, and market transformation. Organizations that develop comprehensive, application-specific strategies based on structural understanding of their PFAS portfolio will be best positioned to navigate this complex transition. Those that proactively engage in regulatory discussions with evidence-based assessments of technical feasibility will help shape more effective policy approaches that protect environmental and public health while preserving critical technologies.
