[이미디어= 황원희 기자] 최근 독일 베를린 소재연방재료연구시험연구소(Federal Institute for Materials Research and Testing) 연구원들은 오픈 액세스 저널 「Materials」에 자재가 환경에 미치는 영향에 대해 논의했다. 

20세기 들어 전 세계 자재 사용량은 8배 증가하여 연간 1인당 10톤 이상에 달하고 있다. 천연자원 생성부터 사용 및 폐기까지 물질의 수명 주기 중 어느 시점에서나 부정적인 환경 영향이 발생할 수 있다. 그러나 물질의 환경 영향을 정량적으로 정량화하는 것은 어렵다.

인구는 계속 증가하고 있으며, 경제성장은 종종 물질적 생산성의 증가를 수반한다. 인공 자재는 천연 자원이나 재활용 쓰레기로 제조될 수 있다. 가속 조건 하에서 중요한 사용 시나리오를 다루는 테스트를 이용함으로써 사용 단계 동안 재료와 제품의 환경 영향을 모방할 수 있다.

이러한 연구가 현장 환경을 모방하는 인공 풍화를 이용한 노출 시험과 결합될 경우 소재의 기본 메커니즘에 대한 더 많은 지식을 얻을 수 있다. 규제당국이 한계치를 설정하고 생산자가 위험성분 방출을 최소화하기 위해 상품을 규제하려면 다양한 물질을 통한 복잡하고 역동적인 침출 과정을 연구하는 것이 중요하다.

이 연구에서 저자들은 물, 토양, 공기의 환경 구획에 대한 물질의 영향에 대해 논의했다. 침출 및 배출 과정과 이를 뒷받침하는 메커니즘이 제시되었다. 콜로이드나 나노 입자와 같은 매우 작은 입자의 이동성도 고려되었다.

연구진은 물과의 상호작용으로 인해 재료에서 화학물질이 방출되는 것을 예시하고 폴리머 기반 재료와 1차 및 2차 건축 재료 등 다양한 재료에서 추출물을 사용하여 정량화를 제시했다. 

또한 연구진은 폴리머 재료에 대한 다양한 노출 테스트와 물질 전달 기술에 대해 논의했다. 이들은 탄소 강화 콘크리트로 만들어진 관개된 건물 구조물의 침출 특성을 조사하기 위해 실험실 규모의 가속 시뮬레이션을 사용했으며 임계값 개발을 위해 평가 기법을 탐구했다. 건축물의 침출수에 의한 영향에서 유충 번식을 관찰한 것은 적당한 시간과 노력이 필요한 테스트의 예로서 사용되었다. 

저자들은 천연 건축자재에서 실내공기로의 배출량을 대형 배출실을 이용해 조사했다. 나무 장난감에서 포름알데히드가 방출되는 시나리오도 조사되었다. 토양 촉진제 및 방출 속도가 느린 비료로서의 제올릭 광물의 사용 또한 연구되었다. 또한 라이프 사이클 분석(LCA)을 사용하여 성능을 개선하기 위해 CaO를 추가할 경우 환경에 미치는 영향을 조사했다. 컬럼 침출시험은 환경적합성을 판단하기 위해 사용되었으며 특성화 및 품질관리에 모두 유익한 것으로 나타났으며 기본적인 질량전달 개념이 논의되었다.

배출물을 환경으로 침출시키는 것은 지표수, 지하수, 토양에 영향을 미쳤다. 일부 연구에서는 위험 화학물질의 고형물 함량을 참조하는 것이 불충분하며, 그러한 화학물질의 방출을 유도하는 과정도 고려해야 한다는 것을 입증했다. 건설 자재에 사용되는 소재와 관련된 환경 시뮬레이션의 또 다른 구성요소로 특히 실내 공기 중 휘발성 유기 화합물(VOC)의 경우 보다 정확한 오염방출 데이터의 요구사항이 있었다.

지질 합성 자재는 해안 보호 제품을 만드는 데 사용되었다. 이는 긴 수명, 경량화 등의 이점을 가지고 있지만, 환경에 미세 플라스틱 입자 공급원이 될 수도 있는 위험을 내포하고 있다. 지질 합성 자재의 노화에 영향을 미치는 핵심 요소가 발견되었는데, 시뮬레이션 결과 지속적인 압력을 가할 경우 50% 손실에 수명도 330년의 절반 가량으로 줄어들었다. 게다가 침출수는 생태독성에 부정적인 영향을 미치지 않았다.

새로운 자재를 발굴하는 대신 폐자재를 사용하면 천연 퇴적물에서 원료를 추출하는 환경 영향을 줄일 수 있다. 흡착 매개변수는 다른 액체-고체 비율의 배치 침출 테스트에서 계산될 수 있다는 것이 입증되었다. 제조, 사용 또는 수명 만료 시 유해 화합물의 방출은 재료의 직접적인 환경 영향을 평가하는 데 사용될 수 있다. 재료의 간접적인 환경 영향은 관련된 에너지 소비, 생산 배출 및 천연 자원 고갈에 기인했다.

결론적으로, 이 연구는 자연의 자정기능이라 할 수 있는 싱크기능과 더불어 부정적인 영향에 대한 생태계의 역할이 제한적이라는 것을 설명했다. 저자들은 재활용 폐기물 제품이 환경 적합성의 관점에서 적절하게 설명될 때, 이러한 점에서 유용할 수 있다고 강조했다. 또한 향후 전 세계 자재 사용이 계속 증가할 것이며, 그 결과 당국, 생산자 및 사용자가 친환경 소재를 식별해야 한다고 강조했다.

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