대기로부터 수은을 포획하는 Argonne/EPA 시스템

KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 2015-01-02

브라질과 페루와 같이 멀리 떨어진 지역에 위치한 소규모 금 채광 상점과 공예가는 지붕에서 대기로 700톤에 이르는 대기 중 수은(mercury)을 배출하는 것으로 추정하고 있다. 집합적으로, 이러한 상점은 상점에서 판매 및 형태를 갖추기 전 전 세계 금(gold) 공급의 약 20%를 정제한다. 오랜 세대를 거친 공정을 통하여, 소규모 광부는 토양으로부터 금을 추출하기 위하여 화학물질과 수공구를 사용한다. 광부들은 먼지와 다른 재료를 분리하는 체를 사용하는 공정을 수행하는 동안 금 조각을 추출하는 손쉬운 방법으로 수은을 사용한다. 결과적으로 얻어진 금과 수은의 혼합물은 이후 금으로부터 유해한 화학물질인 수은을 분리하기 위하여 상점으로 보내진다. 금은 기화된 수은이 대기로 배출시키는 고온 횃불을 이용하여 수은을 연소시켜 분리된다. 실제로, 이러한 증기는 지상으로 다시 떨어져 식품과 물을 오염시킨다. 공예와 소규모 채광 상점으로부터 대기로 배출되는 수은의 배출과 축적을 줄이기 위하여, 미국 환경보호국(EPA; Environmental Protection Agency)의 주도로 미국 에너지부(DOE; Department of Energy) 산하 아르곤 국립연구소(Argonne National Laboratory) 소속의 연구진은 수은 포획 시스템(MCS; mercury capture system) 시제품을 고안했다. MCS는 기화된 수은 물방울을 수은을 응축시키는 강철 드럼으로 보내서 수은 에어로졸 입자의 약 80%를 포획한다. 이러한 정제 공정이 미국에서는 이루어지고 있지만, 대기 중 수은의 전 세계 도달은 수로에 침착하여 우리가 섭취하는 어류에 도달한다. 위치 평가는 브라질의 금 상점의 단 5%만이 특정 유형의 수은 제어 시스템을 보유하고 있으며, 모든 위치가 수은 노출에 대한 안전 기준을 초과하고 있다는 것을 확인했다. 연구진이 브라질에서 지원한 모든 상점은 긴 도관을 통하여 수은을 도로 또는 주택으로 직접적으로 배출했으며, 페루에 있는 상점은 환기 시설을 전혀 갖추지 못하고 있었다고 아르곤 연구소 소속의 환경 시스템 공학자인 Margaret MacDonell은 밝혔다. 따라서 연구진은 대기 중입자에 관심을 가질 뿐 아니라, 인간이 섭취하는 어류가 서식하는 수자원에 침착되는 수은에 관심을 가졌다고 MacDonell은 밝혔다. 이러한 위치는 부정적인 건강 효과와 증가된 노출(exposure) 위험을 겪고 있다. 수은은 인간의 행동 양식에 영향을 끼치고, 신경계에 영향을 끼치는 신경 행동에 영향을 끼치는 것으로 간주되고 있다. 상당한 노출은 학습에 어려움을 겪고 미진한 특성을 보이는 것과 같은 효과로 이어질 수 있다. 아르곤/EPA 연구팀은 아마존 지역에 몇몇 금 상점에 MCS 시제품을 구축 및 설치하여 테스트했으며, 수은 증기를 포획하기 위하여 배기가스 굴뚝과 흄 배출 후드(fume hoods)에 대한 최적의 특성을 결정하기 위하여 지상 기반의 몇몇 지역에서 연구를 수행했다. 이러한 정보를 이용하여, 연구팀은 시스템을 구축하는데 500 달러 미만의 비용에서 MCS 시제품을 생성했다. 이러한 낮은 비용은 시스템의 성공에 중요하다. 만약 금 상점이 이러한 비용을 수용할 수 없다면, 이러한 시제품을 사용할 수 없을 것이다. 또 MCS는 상점에서 수은 증기를 이동시키기 위하여 상점이 사용할 수 있는 유형의 후드로 개조될 수 있다. 시스템의 구성 성분은 55-갤런 강철 드럼, 드럼 덮개, 순환용 팬, 송류관(flow pipe) 및 수은을 수거하기 위한 배수관(drainage tube) 등을 포함한다. 칸막이(baffles)라고 불리는 적층된 판재(slotted plates)는 팬이 후드에서 외부 배기관으로 뜨거운 공기를 이동시킬 때, 서로서로 달라붙어 있는 수은의 입자 위에 층을 이루는 표면을 제공한다. 연구팀의 두 번째 시제품은 혁신적이며, 공기 입자로부터 입자를 약 80%까지 제거했으며, 칸막이-판재 시스템을 처음으로 사용했다. 이러한 시제품의 효율에서 핵심은 수은 입자가 달라붙어 있는 시간을 더 연장하는 비정상적으로 거대한 후드와 배기관이다. 연구팀은 금을 정제하기 위하여 주택과 상점 모두에 영향을 끼칠 수 있는 상당한 수은 노출을 해결하기 위한 시스템을 고안하기를 원했다고 MacDonell은 밝혔다. 많은 사람들이 전통적인 정제 방식을 통하여 수십 년 동안 수은을 연소시켰다. 연구팀은 공정에 관하여 보다 더 우수한 방식을 개발하는데 도움을 주었다고 MacDonell은 밝혔다. 2013년 10월 이후, 122개 국가가 수은에 대한 미나마타 조약(Minimata Convention)에 서약했다. 이 국제 조약은 수은이 없는 채굴 관행을 독려함으로써 수은의 부정적인 영향으로부터 인간 건강과 환경을 보호하는 것이다. 그러나 이러한 관행이 확산되기까지, MCS는 개발도상국이 수은 배출을 줄이는데 도움을 줄 수 있다. 미나마타는 일본의 도시로 치명적인 수은과 관련된 신경 장애가 1956년 미나마타병이 처음으로 발견된 지역이다. 이 지역 거주자들은 수은이 중독된 지 몇 십 년 후 확산된 질병, 장애 및 사망 등으로 고통 받았다. 2013년 미나마타 조약은 이러한 지구 문제를 해결하기 위하여 회합됐으며, 수은의 건강 효과 및 환경 효과에 대한 인식을 높였다. 이 회합은 수은 배출로부터 인간 건강과 환경을 보호하고 수은의 인식을 촉진하기 위한 국제적 논의를 점화시켰다. 그림1> 금 수공예 상점에서 발생하는 기화된 수은의 양을 억제하는 수은 포획 시스템 3010892_physorg_20141229_fig1.jpg http://phys.org/news/2014-12-argonneepa-captures-mercury-air-gold.html