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화재로부터 우리를 보호해주는 물질이 환경오염의 주범이라면? by 켐서스
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난연재가 무엇인지 알고 계신가요? 난연재란 우리가 화재로부터 안전하도록 하는 보호 물질이에요. 그런데 지금껏 수도 없이 사용해 온 난연재의 소재가 환경오염을 일으키고 사람들에게 갖가지 질환을 옮긴다는 사실이 밝혀졌습니다.

 

여전히 곳곳에서 사용되는 난연재, 사람과 환경의 안전이 보장되면서도 화재 안전의 가치를 유지할 수 있는 방법은 없는 것일까요?

Why

Background & Emotional
1. 왜 이 문제에 관심을 가지게 되었나요?

1. 화재로 인한 피해를 줄이기 위한 최선의 방법 : 난연재와 방염시공

2003년 발생한 대구 지하철 화재부터 2020년 이천 물류센터 화재에 이르기까지 이따금 뉴스에서 나오는 대형화재는 우리 사회에 큰 반향을 불러옵니다. 사실, 뉴스에 보도되지 않는 화재피해까지 더한다면 우리는 아직 화재로부터 안전한 삶을 살고 있지 않다는 사실을 쉽게 공감할 수 있습니다. 이러한 화재 사고를 보며 저희는 수해나 지진과 같은 자연재해는 그 규모를 예측하기도 어렵고 방비를 함에도 불구하고 때때로 자연의 힘을 이길 수 없어 겪게 되는 문제이지만, 화재의 경우 우리의 철저한 방비와 의식적인 경계를 통해 충분히 예방하거나 피해를 줄일 수 있는 사안이지 않을까 하는 생각을 했습니다.

 

어떻게 하면 화재피해를 줄일 수 있을까 하는 고민이 시작되어 우리의 삶을 할퀴고 간 대형화재들에 대해 조사를 하던 중 이런 대형화재들의 공통점을 발견하였는데, 이는 바로 불연, 난연재를 사용한 방염처리의 미비로 인해 화재가 빠르게 확산되어 피해가 눈덩이처럼 불어났다는 사실입니다. 국가화재통계를 들여다본 결과 2003년 대구 지하철 화재 이후 대중교통수단에 불연, 난연재로 의무적 교체가 이루어지자 이후 대중교통수단의 화재는 90% 이상 급감했습니다.[1] 위와 같은 사실을 통해 방염환경을 구축하는 것의 중요성을 깨달았음에도 불구하고 대형화재는 계속해서 발생해 우리 사회를 할퀴고 갔습니다.

 

그리고, 2020년 이천 물류센터 화재 당시 피해가 커진 이유 또한 여전히 방염시공을 하지 않았던 부분이 화재를 키우는 데 큰 비중을 차지했다는 사실이 밝혀졌습니다.[2] 물류센터 건설에 있어 방염 자재를 사용하지 않아도 되는 당시 법규에 따라 당시 건설 현장이 화재에 무방비로 노출되어 있던 것입니다. 이 사고 이후 이제 물류센터나 창고에도 방염 자재를 사용케 하는 법안이 만들어진다고 합니다. 저희는 이러한 반복되는 화재 사고에도 불구하고 왜 방염규제는 철저히 수립되지 않는지, 그리고 방염시공이란 어떤 것인지 왜 안 되고 있는 것인지 조사를 시작하였고, 현재 방염시장에 매우 큰 이슈가 있다는 것을 알게 되었습니다.

 

 

 

[1] 소방청, 화재통계연보, 2019

[2] 건설안전 혁신위원회, 국토교통부, 2020

2. 왜 해결되어야 하는 문제일까요?

1. 난연재의 필요성

난연재는 불이 어떤 물질과 접촉했을 때, 불이 옮겨붙지 않도록 하거나, 불이 붙은 물체의 타는 속도를 늦추거나, 때론 자연 소화되도록 하는 역할을 합니다. 화재 피해를 막기 위한 노력을 예방(방염)과 소화로 나눈다면 예방(방염)은 일반인들에게 익숙한 소화기, 소화전 등의 소화 단계와는 다른 ‘화재 사고 자체를 일어나지 않게 한다는 점에서 그 중요성이 매우 크다는 것을 알 수 있습니다.

 

이러한 난연재는 크게 돌, 철, 유리와 같은 무기계 난연재와 화학적으로 만들어진 유기계 난연재로 나눌 수 있는데, 특히 유기계 난연재는 각종 플라스틱, 섬유와 같은 소재들과 합성이 가능케 하는 소재 적용성이 높고 가공 방법이 다양해 거의 쓰이지 않는 곳이 없을 정도로 다양한 산업군에서 매우 높은 수요를 보이고 있습니다. 이러한 높은 수요로 인해 첫 유기계 난연재가 개발된 지 60여 년이 되어가는 현재는 연간 7조 원에 달하는 유기계 난연재가 매년 거래되고 있고 그 시장은 계속해서 확대되고 있습니다.[3]

 

이렇듯 화재로부터의 안전을 지키기 위함이라는 명목 아래 각종 법규와 사회의 독려로 유기계 난연재가 많은 곳에서 쓰이던 도중 2000년도 초 매우 중요한 문제가 발견되었습니다. 당시 유기계 난연재 시장의 90%를 점유하고 있던 할로겐계 난연재라는 물질이 인체와 환경에 아주 해롭다는 연구 결과가 나오고, 심지어 화재를 막는 목적으로 쓰인 난연재가 불과 만나면 유독가스를 발생 시켜 화재 시 사람들의 안전을 위협하는 문제가 발견된 것입니다.

 

 

2. 할로겐계 난연재의 유독성과 환경적 피해

할로겐계 난연재의 위해성과 관련된 자료(CSCBCD, 2004: Danish EPA 2001: OECD, 2004)를 참고하여 정리한 인체에 끼치는 독성은 아래 [그림1]과 같습니다.

 

[그림 1] 할로겐계 난연재의 유독성

 

[그림 1]과 같은 독성을 가진 할로겐계 난연재는 제조–유통–사용–폐기로 이어지는 전 과정에서 유출되며 사용 중에는 인체에 직접적으로 영향을 끼치며, 폐기 후에는 관련 독성 물질이 토양, 수원, 대기 중으로 유출됩니다.[4] 일반적으로 할로겐계 난연재의 성분은 생분해에 대한 저항성이 높아 인체와 환경에 지속적으로 축적되고, 대기와 수원의 이동에 따라 북극해와 남극해에서도 할로겐계 난연재가 검출되고 있는 상황이며, 먹이사슬을 통한 순환에 따라 지속적으로 인체에 영향을 미칩니다.

 

 

 

[3] 난연제 시장동향 보고서, 연구개발특구진흥재단, 2018

[4] 국내 잔류성유기오염물질의 정책 및 관리 방향, 환경부, 2010

Who & What

Fact & Data
1. 이 문제에 대해 우리 사회에서 어떤 현상이 나타나고 있나요?

1. 다가오고 있는 제2의 석면 사태를 해결하기 위한 선제적 대안 제시 필요

건축자재로서 애용되어 온 석면은 수십 년간 사용되다 1960년대에 이르러 위험성이 알려지면서, 결국 80년대부터 유럽을 시작으로 석면 사용이 금지되었고, 90년대부터 국가적으로 이루어진 석면 철거사업을 진행하였습니다.

하지만 한국에서 1970년대 성장하기 시작했던 석면 산업은 90년대의 호황기를 거쳐 2007년 사용이 금지되고 이후 철거사업을 진행하기 전까지 널리 사용되었습니다.

 

접촉하면 암이 발병하는 수준의 1급 발암물질이라는 것이 밝혀지면서 석면을 철거하기 위한 사업이 시작되었지만, 건축자재로서 공공시설, 빌딩, 창고, 교통시설, 주거시설에 걸쳐 널리 사용되던 석면을 모두 제거하는 것은 매우 지난한 과정이기에 아직까지도 석면이 남아있는 시설들이 있습니다. 또한, 그간 호황이었던 석면 산업은 대체재가 없어 수입품으로 대체되고, 정부와 사회는 철거사업을 위해 많은 예산을 지출해야 했습니다.[5]

 

 

2. 석면과 같은 흐름을 보여주는 유해물질 할로겐계 난연재

1960년대 이후 화재로부터의 안전을 지키기 위함이라는 명목 아래 대부분의 공산품 특히 플라스틱 소재에 난연재를 첨가해 오고 있습니다. 많은 사람들은 모르지만, 난연재는 건축 내외장재, 플라스틱, 섬유, 케이블 등 안 쓰이는 곳을 찾기 힘들 정도로 우리 삶의 환경을 둘러싸고 있습니다.

 

하지만, 1990년대 현재 난연재 시장에서 70%의 점유율을 차지하는 ‘할로겐계 난연재’가 인체에 치명적인 유독성을 가지고 있으며, 폐기 시 잔류성 유독 화학물질이 방출된다는 점이 알려지면서, 유럽을 필두로 많은 나라에서 할로겐계 난연재에 대한 사용금지를 점진적으로 시행하고 있습니다.[6]

 

하지만, 이러한 사용금지의 추세에도 기존의 난연재를 대체할 수 있는 방법이 없고, 화재로부터의 안전이라는 가치를 포기할 수 없기에 할로겐계 난연재는 여전히 만연하게 사용되고 있습니다. 할로겐계 난연재로 인해 ‘환경과 건강’이라는 가치와 ‘화재로부터의 안전’이라는 가치가 상충되고 있는 상황에 이르렀고, 이를 해결하기 위한 솔루션이 필요한 상황입니다.

 

 

[5] 제2차 석면관리기본계획, 환경부 석면관리 종합정보망, 2017

[6] Restriction of Hazardous Substances(RoHS)

2. 이 문제와 관련한 이해관계자들은 누구고, 서로 어떻게 연결되어 있나요?

1. 시장의 플레이어 : 난연재를 제조하는 제조업자, 난연재를 사용해 난연소재 또는 제품을 만드는 기업, 난연 제품을 사용해 방염시공을 하는 기업 또는 업자

난연재는 필요성과 시장성 측면에서 매우 높은 가치를 보유한 만큼 그 특허가 매우 중요합니다. 70여 년 전 난연재가 최초로 개발되어 사용된 이후 수많은 종류의 난연재가 개발되었고 현재까지도 각종 난연재와 다양한 서로 다른 물질을 섞어 기능성을 향상시키는 조합에 대한 기술이 개발되어 특허로 이어져 오고 있습니다.

 

소재라는 고부가가치 산업의 특성상 난연재 개발 초기 특허를 소유한 기업들은 대부분 글로벌 기업으로 성장하고 다시 이 기업들이 또 다른 특허를 개발하거나, 기술을 구매하는 형식으로 성장하여 이제 난연재 시장은 소수 기업들의 독과점 형태로 변화하였습니다.[7] 독과점적 시장 형태는 난연재 가격의 상승을 가져왔고, 특히 난연재에 대한 특허가 많이 뒤처져 있는 한국의 경우 90% 이상을 수입에 의존하는 상황입니다.[8]

 

결국 난연재를 이용해 제품을 만들어야 하는 국내 기업들은 높은 가격에 형성된 난연재를 수입 비용까지 지출하면서 구매, 사용하게 되고 이러한 비용은 가격에 더해져 난연소재를 활용한 제품을 만들거나 난연 기능이 있는 제품을 사용해 방염시공을 하는 업체들에게 전가되어 최종적으로는 최종 소비자들의 부담으로 이어지고 있습니다.

 

 

2. 국가별 정부와 산하 환경부처

매년 많게는 수조 원 적게는 수천, 수백억 원어치가 사용되던 할로겐계 난연재의 인체 유해성과 환경오염에 대한 연구가 나오면서 각 국가의 환경부처들은 이 상황에 대처하기 위해 법적 규제를 개편하는 한편 위험성의 척도를 알아내기 위한 연구지원을 활발히 해오고 있습니다.

 

이후 기술의 발전으로 세계가 좁아지는 글로벌화가 진행되며 수출입이 더욱 활발해지는 상황에서 보다 초국가적인 규약과 규제를 만들고자 하는 노력으로 이어졌습니다. 이는 각 국가별로 서로 다른 규제의 정도 때문에 시장 내 이해관계자들의 부담이 늘어나는 것을 줄이고자 하는 것도 있지만, 할로겐계 난연재의 위험성이 드러났다고 하여 화재로부터의 안전이라는 가치를 지키기 위해 사용되던 난연재 시장의 과반을 차지하는 할로겐계 난연제를 완전히 금지할 수 없는 현실 때문입니다.

 

 

[7] 난연제 보고서, KISTI, 2002

[8] 상동

3. 이 문제의 원인은 무엇인가요?

1. 특허기반 왜곡된 시장 구조에 기반한 경제적 이해타산에 따라 계속해서 사용되는 할로겐계 난연재

난연재 시장 규모는 2020년 현재 약 20조 원을 형성하고 있으며, 약 7%의 연성장을 보입니다.(Innopolis Foundation, 2018) 할로겐계 난연재는 미국, 이스라엘, 중국 등에서 대부분 생산되어 전 세계로 수출되고 있으며, 특허를 기반으로 보호되는 산업 특성상, 소수의 메이저 생산업체들이 독과점 형태로 시장을 장악하고 있습니다.[9]

 

거대한 시장 규모와 시장을 지배하는 글로벌 대기업들의 이해관계가 얽히면서, 할로겐계 난연재는 그 독성에도 불구하고 현재까지 사용되며, 환경과 사람에 대한 영향을 중요하게 생각하는 유럽에서 시작된 각종 규제들은 조금씩 사용을 억제하고 있지만, 할로겐계 난연재 자체를 금지하기에는 요원한 상황입니다.

 

 

2. 할로겐계 난연재를 둘러싼 국가들의 서로 다른 규제로 인해 생산 유통관리와 폐기에 따른 환경영향평가가 부족

대부분의 할로겐계 난연재는 화학적 결합이 아닌 물리적 첨가 방식으로 플라스틱에 포함되어(총량의 5~30%를 구성) 있기 때문에, 제조-사용 단계에서부터 자연적인 환경으로의 분출이 이루어지며, 이 때문에 생산과정에서 사용에까지 이르는 단계를 관리할 필요가 있습니다. 하지만 아래 표에 나타난 것처럼 할로겐계 난연재에 대한 관리 체계가 각국마다 상이하며, 국가마다 규제의 정도, 규제 적용대상 또한 다르기 때문에 시장에서 맞춰 대응하기 어려운 점이 있습니다.

 

할로겐계 난연재에 대한 국가별 대응

 

특히 세계의 공장이라고 불리는 중국의 경우 할로겐계 난연재에 대한 관리가 거의 이루어지지 않고 있으며, 규제에 맞지 않는 제품들이 전 세계로 수출되고 있습니다. 사용 후 폐기 과정을 살펴보면, 난연재가 사용되는 대부분의 생활용품 및 건축자재 등을 따로 구분하여 매립하거나 소각하지 않기 때문에, 다른 폐기물들과 함께 처리가 진행되는 할로겐계 난연재 함유제품은 관리 없이 토양과 수자원 그리고 대기에 독성물질을 축적하고 있습니다. 특히 규제가 없었던 시기에 만들어졌던 물품들이 폐기되는 시점을 맞는 2010년대 이후에는 할로겐계 난연재로부터의 독성물질의 환경축적은 기하급수적으로 늘어날 것으로 보입니다. (ECRPC, 2003)[10]

 

 

[9] 난연제 보고서, KISTI, 2002

[10] ECRPC, 2003

4. 이 문제를 해결하기 위한 기존 사례는 무엇이 있고, 그 성과와 한계는 무엇인가요?

1. Rohs와 WEEE라는 국제 협약의 시행을 통한 규제의 장점과 한계

Restriction of Hazardous Substances(RoHS)와 Waste Electrical & Electronic Equipment (WEEE)라는 국제적인 환경 규제를 통해 할로겐계 난연재에 대한 사용 제한을 촉구하고 있습니다. 전 세계적으로 참여하는 국가가 많아지는 두 협약을 통해 할로겐계 난연재에 대한 규제가 점차 확대되는 것은 긍정적입니다. 특히 RoHS와 WEEE는 인체와 환경에 민감한 부분, 예를 들어 어린이, 임산부, 노약자와 같은 취약대상을 타겟으로 한 제품군과 쉽게 폐기되는 일회용품과 관련된 분야들에 대한 할로겐계 난연제의 사용을 금지하기 시작하였으며, 장기적으로 보았을 때 할로겐계 난연재의 사용을 중지할 것을 기업들에 촉구하고 있습니다.

 

하지만 이런 초국가적 규제조차 할로겐계 난연재에 대해 소극적이고 단계적인 모습을 보입니다. 그 이유는 할로겐계 난연재를 대체할 수 있는 대안이 없는 상황에서, 안전과 환경이라는 두 가지 가치가 상충하기 때문에 난연재는 기본적으로 사람을 화재라는 위험으로부터 보호하기 위해 사용되었던바 일방적인 규제는 불가능하기 때문입니다.

 

 

2. 할로겐계 물질을 대체하는 난연 물질에 대한 연구개발의 확대

할로겐계 난연재에 대한 사용 규제가 시작됨에 따라, 연구기관과 기업들은 할로겐계 난연재를 대체하고자 하는 노력을 기울여 오고 있습니다. 이를 통해 일부 분야에서 할로겐계 난연재를 대체할 수 있는 물질이 만들어져 사용되고 있기도 합니다. 대체 물질로 가장 주목을 받는 것은 인(燐, Phosphorus)으로 2020년 현재 시장규모 중 약 17% 정도를 차지하고 있습니다. 인은 친환경성이 높고 인체에 끼치는 유독성이 매우 낮아 다양한 기업들에서 인계 난연재에 대한 개발에 집중하였습니다.

 

할로겐계 난연재의 다양한 사용 용도

 

이와 같은 기업과 연구기관의 노력에도 불구하고 할로겐계 난연재에 대한 완전 대체가 힘든 것은 이렇게 만들어진 대체 물질들이 소재와 결합할 수 있는 능력인 소재 적용성 측면에서 할로겐계를 따라갈 수 없기 때문입니다. 위의 표에서 보는 것과 같이 할로겐계 난연재는 현재 사용되는 대부분의 소재와 결합할 수 있으며, 이에 따라 건축, 전기, 운송, 플라스틱, 석유화학 등 전 분야에 걸쳐 사용됩니다. 하지만 인과 같은 대체 물질에 기반한 난연재들은 할로겐계 난연재처럼 모든 소재들과 결합하는 데 한계를 보입니다.[11]

 

 

[11] 난연재 산업동향, 전기제품 안전21, 한국전기제품인협회, 2009

5. 전 과정을 통해 정의한 진짜 문제는 무엇인가요?

대상자 : 화재로부터의 안전을 지키기 위해 널리 사용되어온 난연재가

최종 목표 : 환경과 사람에게 부정적인 영향을 미친다는 사실로

사용이 꺼려지면서 발생한 가치의 상충을 해결하기 위해서는

정의한 문제 : 화재 안전과 환경의 보존이라는 두 가지 가치를 모두 만족하는

새로운 난연 솔루션이 개발되어야 한다.

How

Idea & Impact
1. 정의한 문제를 해결하기 위한 핵심 목표는 무엇이 되어야 할까요?

우리 삶의 공간을 채우는 다양한 화학제품들에 포함되어 있는 난연재 본연의 기능을 확대하고 인체와 환경에 미치는 부정적인 영향은 제거할 수 있는 새로운 난연재를 개발해야 합니다.

대체가 불가능한 영역에서 할로겐계 난연재를 대체함으로써, 할로겐계 난연재 사용규제로 인해 화재 위험이 높아진 영역에서 화재로부터의 안전을 재확보할 수 있어야 합니다. 기존 할로겐계 난연재로부터 나오는 인체에 유독한 물질이 없는 인체 친화적인 난연재를 통해 보다 건강한 삶의 환경을 제공할 수 있어야 합니다. 할로겐계 난연재가 소각-폐기되면서 발생하는 유독성 잔류화학물질로 인한 환경오염이 더이상 일어나지 않도록 친환경 난연재로 대체할 수 있어야 합니다.

2. 문제의 해결을 위해 현재 구상중이거나, 실천하고 있는 활동이 있나요?

켐서스는 할로겐계 난연재를 대체할 수 있는 친환경적이고 인체 친화적인 난연 솔루션을 개발하고자 하고 있습니다.

특허로 인해 막혀있던 인계 난연제 영역에서 켐서스는 새로운 제조방식을 통한 인계 난연제 제조기술을 개발하였습니다. 또한 그간 인계 난연제가 널리 사용되지 못하는 한계점이었던 소재 적용성을 높일 수 있는 마이크로 캡슐링 기술을 개발해 할로겐계 난연제가 사용될 수밖에 없었던 시장을 조금씩 대체해 나가고자 하고 있습니다.

 

3. 문제정의 과정에서 문제를 파악하기 위해 어떤 활동들을 하였나요?

위에서 서술된 각 이해관계자들과의 인터뷰를 통해 각각의 입장에서의 난연재를 둘러싼 이야기들을 들을 수 있었습니다. 난연재 시장의 경우 데스크리서치가 다른 문제들에 비해 어려운 부분이 있습니다. 관련 자료가 매우 적고 특히 논문과 시장조사보고서들을 중점으로 문제의 원인을 파악해 왔는데, 대부분이 외국 자료의 비중이 높고 국내 연구 자료는 연식이 오래된 자료가 대부분이었습니다.

4. 문제정의 과정을 진행하면서, 진행 이후에 느낀 점을 간단하게 적어주세요.

문제에 주목하게 된 계기에서 이야기한 것처럼, 화재 사고가 계속되는 이유에 대해 찾기 시작했을 때, 일차적으로 저희는 왜곡된 시장구조, 사람들의 무관심, 정부규제의 약점들로 인해 난연제가 제대로 보급되지 않는다는 결론에 도달했었습니다.

 

하지만 계속해서 조사를 하다 보니 난연재를 둘러싼 사회적 문제가 매우 많은 단계의 원인과 결과들이 얽혀있다는 사실을 알게 되면서 기존의 결론을 접고 새로운 문제정의를 다시 시작할 수밖에 없었습니다. 이렇게 다시 시작된 문제정의 과정 속에서 알게 된 것은 이 문제가 경제적 가치가 매우 큰 산업의 어려움에서 시작된 것인 만큼 각 이해관계자들 간의 조율이 어려운 문제라는 느낌과 동시에 이해와 조율보다는 기술발전을 통한 파괴적인 혁신이 필요한 문제라는 생각이 들었습니다.

 

이 사회의 누구든 누려야 하는 보편적인 가치가 있다면, 바로 안전일 것입니다. 그리고 그 안전이라는 카테고리 내에서 난연재는 화재로부터의 안전, 화학 물질로부터의 안전이라는 두 가지 가치가 상충하는 상황이며 이러한 특징은 이 문제가 반드시 풀어내야만 하는 문제 범주에 속해 있다는 생각을 하게 합니다.

팀 소개

켐서스
켐서스(Chemsus)라는 사명은 Chemistry for Sustainability라는 의미를 담은 것으로 올바른 화학의 사용을 통해 보다 많은 사람들에게 안전하고 지속가능한 삶의 환경을 만들어 나가는 것을 미션으로 하고 있습니다.
팀 커리어
SK chemical Project Lab – 제품개발 프로젝트
SEMBA Collaboration – 양압식 바이러스 검진 워킹스루 부스 개발 프로젝트
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