Study on Environmental Regulation of Aqueous Film Forming Foam and Use of C4-Based Eco-Friendly Aqueous Film Forming Foam

영규 권; 재천 사; 재영 김; 세홍 민

doi:10.9798/KOSHAM.2022.22.2.125

Abstract

The C8-based aqueous film forming foam (AFFF) was developed by 3M in 1960, initially for military purposes, and was then used in all U.S. Navy vessels until the late 1960s. The U.S. Department of Defense used the AFFF for fuel fire suppression in all military facilities in the 1970s. The AFFF was classified as a special fire extinguishing chemical used for an airplane hangar or an aircraft carrier. Despite its strong fire extinguishing capacity, the AFFF is not commonly used by civilians, mainly due to the cost factor and environmental issues. In particular, the main organic chemical component of the AFFF is resistant to degradation; it tends to persist in the ecological system and in the human body, consequently having grievous effects. The paper describes the causes and measures of the AFFF use regulations by the Stockholm Convention concerning persistent organic chemicals. The manuscript also introduces the C4-based eco-friendly AFFF, a fire extinguishing chemical developed in China, as a part of the measure and addresses the meaning of “C4-Based.” Moreover, the study verifies that the representative regulation targets for perfluorooctane sulfonates (PFOS) and perfluorooctanoic acid (PFOA) are not detected in the C4-based eco-friendly AFFF fire extinguishing chemical, as revealed by a test on “the method for analyzing PFOS/PFOA” in the chemical product based on the National Standard Test KS M 9722:2017. Accordingly, various fire extinguishers using the C4-based eco-friendly AFFF with strong and extensive fire extinguishing capacity are proposed, and the other use methods.

Keywords: C4-based Eco-friendly AFFF, Perfluoride Chain, PFOS/PFOA

요지

1960년 3M에서 개발된 Aqueous Film Foaming Foam (AFFF)라고 얘기하는 C8기반 수성막포소화약제는 처음부터 군용으로 개발되어 1960년 후반까지 미 해군의 모든 함정에 적용되었고, 1970년대에 미 국방부는 모든 군사시설에 연료화재 진압을 위해 AFFF를 사용했다. 이후로 비행기 격납고, 항공모함과 같은 곳에 사용하는 특수 소화약제로 분류되어왔다. 하지만 AFFF는 강력한 소화력을 가지고 있음에도 보통의 사람들이 사용하는 소화약제와는 거리가 멀었다. 여러 가지 이유가 있겠지만, 비용적인 측면과 환경적인 문제가 있다. 특히, 환경적으로 AFFF가 가지고 있는 잔류성 유기화합물은 생태계와 인체에 잔류하여 안 좋은 영향을 미치는 치명적인 약점을 가지고 있다. 본 연구에서 잔류성 유기화합물을 규제하는 스톡홀름 협약의 AFFF에 대한 사용규제의 원인과 대책을 기술하고, 그 대책의 일환으로 중국에서 개발된 C4기반 친환경 AFFF 소화약제를 소개하며 ‘C4기반’이 의미하는 바를 살펴본다. 또한, 국가표준 시험 KS M 9722:2017 ‘화학제품 중의 PFOS/PFOA 분석방법’ 시험을 통해 C4기반 친환경 AFFF 소화약제에 대표적인 규제 대상인 불화옥탄술폰산(PFOS)과 과불화옥탄산(PFOA)이 검출되지 않음을 증명하고, 소화력이 강력하고 많은 C4기반 친환경 수성막포소화약제를 적용한 각종 소화기와 기타 활용 방법을 제안한다.

1. 서 론

국내에 Aqueous Film Foaming Foam (AFFF) 소화약제를 베이스로 한 소화기는 생산되고 있지 않다. 여러 가지 이유가 있겠지만, 환경적인 문제가 가장 크다고 할 수 있다.

환경적인 문제는 AFFF의 주요 성분인 계면활성제에 원인이 있다. 모든 수계 소화약제는 구하기 쉽고 비열, 증발 잠열이 커서 냉각 효과가 우수한 장점이 있으나 물이라는 액체가 가진 고유의 특성인 표면장력이 높아 심부화재, 유류화재 등의 사용에 어려움이 있다. 이러한 수계 소화약제의 단점을 상쇄시키는 작용을 하는 것이 계면활성제이다. 계면활성제가 물과 섞이면 물 분자를 둘러싸고 막을 형성하게 된다. 그래서 만들어진 이름이 수성막형성포 줄임말로 수성막포(AFFF)라 한다. 이렇게 물이 계면활성제에 둘러싸여 생성된 거품으로 인한 냉각소화효과와 질식소화효과는 AFFF가 유류화재에 우수한 강점을 갖는데 결정적인 역할을 한다. 이와 함께 계면활성제의 특성인 낮은 표면장력은 물의 표면장력을 약화시켜 다공질 적층 물질에 잘 스며들어 발화 대상의 심부까지 침투하여 화재를 진압한다. 이러한 낮은 표면장력은 목재화재, 섬유화재, 쓰레기장 화재 등에서 탁월한 침투성을 발휘한다. AFFF의 낮은 표면장력은 다공질 적층 물질이라고 할 수 있는 배터리(리튬) 화재의 화재 진압능력에 대한 연구가 필요하다고 사료 된다. 서술한 바와 같이 포소화약제 중 소화성능이 가장 우수하고, 장점이 많은 AFFF가 일부 유류 저장고와 소화약제차량, 비행기 격납고, 군함 등 한정된 쓰임새 외에 사용이 어려운 이유는 앞에서 언급한 바와 같이 환경적인 문제 때문이다.

본 연구에서는 환경문제로 인해 AFFF의 역사가 규제의 역사가 될 수밖에 없었던 이유와 AFFF의 게임체인저라고 할 수 있는 C4기반 AFFF 소화약제가 갖는 의미를 밝히며, 사용규제의 주요 환경 파괴물질인 PFOS/PFOA 검출시험 결과로 환경문제에서 자유로운 수성막포 소화약제를 이용한 소화기 및 소화 시스템을 제안하려 한다.

2. 국제환경규제

무분별한 개발사업 및 화학물질의 남용 등으로 인한 환경 파괴와 관련하여 지구촌의 여러 국가는 국제환경협약을 통해 오염물질을 규제하고 있다. 오존층 파괴물질은 ‘몬트리올 의정서’, 유해 폐기물의 국가 간 이동 및 통제는 ‘바젤 협약’, 특정 유해 화학물질은 ‘로테르담 협약’, 잔류성 유기화합물질에 관한 규제는 ‘스톡홀름 협약’과 같이 국제환경협약을 통해 환경보호 또는 인체에 유해한 물질로 규제하고 있다.

2.1 과불화화합물(PFAS)

과불화(perfluoro)란 분자 내 사슬(Chain) 구조의 탄소 원자가 모두 불소 원자로 치환(변한)된 것으로 사슬 내의 모든 C-H가 C-F로 치환된 화합물을 말하고, 이처럼 완전 불화된 탄소 사슬을 분자구조 내에 갖는 물질을 과불화화합물(perfluorinated chemicals, PFCs)이라고 지칭하고 있다(Choe et al., 2016).

PFAS는 1947년 3M사에서 생산하기 시작하여, 1951년 DuPont사에서 fluoropolymer의 제조에 사용한 이래로 지난 반세기 동안 전 세계적으로 생산⋅사용되고 있다(Giesy and Kannan, 2002).

본 연구에서 살펴볼 과불화옥탄술폰산(PFOS)과 과불화옥탄산(PFOA)은 Fig. 1과 같은 분자구조를 가진 과불화화합물과 관련된 물질의 대표라고 할 수 있다. PFOS와 PFOA로 대표되는 과불화화합물은 불소로 치환되면서 어떤 물질도 따라올 수 없는 발수력과 열을 가해도 안정적이며, 기름도 스며들지 않고, 표면에너지가 낮다. 이러한 장점으로 아웃도어의 발포 섬유, 프라이팬 코팅제, 종이컵 등 포장제의 발수 코팅제로 사용되었고, 폼 소화약제의 계면활성제로도 사용되었다.

Fig. 1

PFOS/PFOA Molecular Structure

과불화화합물은 폐수, 지하수, 토양 퇴적물 등에서 다양하게 검출되고 있으며, 고체에 흡착되거나 물속에 잔류하여 부유 입자와 같은 형태로 거동 된다. 물질의 특성상 소수성을 나타내는 과불화탄소 사슬의 길이(C4~C24)는 해당 화합물의 항목별 용해도를 결정하는 데에 이바지하는 바가 크다. 과불화탄소 사슬의 길이가 길수록 물에 용해되지 않고 체내에 또는 생태계에서 가수분해, 광분해, 생물분해에 내성을 가지고 있다(Kudo and Kawashima, 2003). 특히 위험한 것은 자연 상태에서 반감기가 41년 이상으로 보고되고 있는 것이다. 즉 탄소 사슬의 길이가 길수록 오랜 기간 잔존 하면서 생태계 먹이사슬을 통한 생물 농축과정을 거쳐 상위 단계 포식자에 높은 농도로 존재한다. 이로 인해 인류의 건강과 자연환경에 심각한 영향을 미치는 것은 당연한 결과이다. 상대적으로 과불화탄소 사슬의 길이가 짧은 경우 독성 및 생체 축적 가능성이 낮아진다.

2.2 국제환경협약의 규제

계면활성제를 주성분으로 사용하는 소방용 폼 소화약제와 관련된 잔류성유기화학물질에 관한 국제환경협약은 스톡홀름 협약에서 규제하고 있다.

2004년 5월 발효된 스톡홀름 협약은 잔류성 유기오염물질(POPs) 12종의 규제를 담은 협약이며 이후 2009년, 2011년, 2015년, 2019년 계속해서 부속서 발행을 통해 잔류성 유기화합물질을 규제하고 있으며, 현재 26종의 POPs를 사용 및 생산 금지했다. 당 연구에서 주목하는 부분은 POPs 중 과불화화학물질(PFAS)에 속하는 과불화옥탄술폰산(PFOS)과 과불화옥탄산(PFOA)이다. PFOS는 2009년, PFOA는 2019년에 스톡홀름 협약 부속서에서 관리대상물질로 분류되었다.

3. C4 기반 친환경 수성막포 소화약제

3.1 수성막포(AFFF) 소화약제의 장점

AFFF 소화약제는 물과 혼합해서 사용하는 수계 소화약제이다. 물과 적절한 비율로 혼합하여 사용하는데 이때 담수와 해수 모두 사용할 수 있다.

수성막포소화약제에서 물과 반응하는 역할을 하는 계면활성제의 주요 성분으로 과불화화합물(PFAS)이 함유되어 있고, 다음과 같이 소화약제로서 많은 장점을 가지고 있다.

① 증발 잠열이 큰 수계 소화약제의 장점인 냉각 소화
② 강한 소수성으로 인해 물과 섞이지 않고 수막과 거품 형성으로 질식소화효과
③ 표면장력이 낮아 화재의 심부에 침투하므로 다공물질 화재 진압 능력이 우수함.
④ 유류의 표면 아래에서 소화약제를 방출하는 표면하주입방식이 가능
⑤ 장기간 지속되는 수성막으로 인한 재 착화 방지 효과
⑥ 화학적으로 매우 안정된 구조로 장기보존이 가능

3.2 AFFF 소화약제의 단점

AFFF 소화약제는 여타 포소화약제보다 탁월한 소화성능을 가지고 있지만, 가격이 비싼 단점과 함께 가장 커다란 단점은 환경적인 문제이다.

본 연구 2.2에서 보듯이 AFFF 소화약제가 가지고 있는 과불화화합물은 인체에 안 좋은 영향을 미치는 화학물질로 간독성, 발암성, 생식독성, 신경독성 같은 위험성이 보고되어있다. 특히 몸속에 쌓여 자연적으로 잘 분해되지 않는 특징(난분해성)을 가지고 있어 잔류성 유기화합물이라고도 하며 생태계나 체내에 잔류하여 축적될 가능성이 있는 물질이다(Choi et al., 2008).

3.3 AFFF 소화약제의 환경 & 법적 규제

물과 섞이지 않은 성질로 AFFF 소화약제의 주성분으로 쓰이고 있는 과불화화합물은 계면활성제 용도로 사용됐으나 환경에 저해되는 유기화합물을 줄이는 최근의 추세에 따라 2009년 스톡홀름 협약 4차 총회에서 과불화옥탄술폰산(PFOS)의 사용을 제한하는 내용이 부속서에 추가 등재되었다. 이후 2012년 2월 소방청 고시를 통해 [소화기의 형식승인 및 제품검사의 기술기준] ‘제3조 11항’ 수용액 등 액체상태의 소화약제는 결정이 석출되지 아니하고 용액이 분리되거나 부유물 또는 침전물이 발생하는 등의 이상이 생기지 아니하여야 하며 과불화옥탄술폰산(그 염류와 과불화옥탄술포닐플로라이드를 포함 한다)을 함유하지 않아야 한다. <개정 2012. 2. 9.>, [소화약제의 형식승인 및 제품검사의 기술기준] ‘제3조 2항’ 수용액의 소화약제 및 액체상태의 소화약제는 결정의 석출, 용액의 분리, 부유물 또는 침전물의 발생 등 그 밖의 이상이 생기지 아니하여야 하며 과불화옥탄술폰산(그염류와 과불화옥탄술포닐플로라이드를 포함한다)을 함유하지 않아야 한다. <개정 2012.2.9.>의 내용으로 소방청고시를 통해 PFOS를 사용 금지했다.

이 개정안으로 AFFF 소화약제의 주성분인 계면활성제에 함유된 과불화화합물 PFOA/PFOS 모두 사용이 금지되는 세계 최초의 국가가 된 것이다. 생태계 보호와 인체에 독성 물질이 잔류 될 소지가 있는 화학물질의 규제는 당연한 것 이지만, AFFF 소화약제를 취급하는 업계에 큰 어려움이 된 것도 사실이다.

3.4 과불화 탄소 사슬(Chain)

수성막포소화약제에 함유된 과불화 계면활성제는 C4~C24까지 과불화탄소 사슬(Chain)을 가지고 있다. 이 과불화화합물은 생물축적(bioaccumulation) 및 생물농축확대(biomagnification)의 원인이 되기 때문에 인간과 동물들에게 심각한 피해를 유발한다고 알려져 있다. 특히, 사슬 고리가 길어질수록 생물 축적성이 강하여 해양 생물이나 인간에서 주로 많이 검출되며, 발암성 더 높은 것으로 보고되고 있다. 인체에 유입된 PFCs가 완전히 제거되기 위해 4년 정도의 시간이 필요하다고 알려져 있다. 2003년과 2004년의 조사에 따르면 미국 시민의 99.7%의 혈액 내에서 평균 4 µg/L 정도의 농도로 검출됐고, 알래스카의 북극곰에게서도 발견될 정도로 광범위하게 동물과 인체 내에 축적돼 있다(Martin et al., 2003).

과불화탄소 사슬의 길이를 줄이는 것의 중요성은 미국의 환경보호청이 주요 불소 화학 메이커 8개사와 함께 진행한 PFOA 2010/2015 스튜어드십 프로그램에서 긴 탄소 사슬(C8 이상)을 짧은 사슬로 줄이는 목적을 가지고 프로그램을 진행해 과불화탄소 6개인 C6 농축 폼 약제를 개발하여 현재 광범위하게 유통되고 있다.

인체에 잔류성 유기화합물이 농축될 우려가 적은 탄소 사슬 6개로 이루어진 C6기반 수성막포소화약제가 C8을 대체하고 있는 이 시점에, 본 연구에서는 탄소 사슬 4개의 C4기반(C3부터는 기체) 수성막포소화약제의 PFOS/PFOA 검출 실험을 통해 인체에 무해함을 연구할 것이다.

4. PFOA/PFOS 검출시험

C4 기반 수성막포소화약제의 PFOS, PFOA 검출시험은 국가표준 시험 KS M 9722:2017 ‘화학제품 중의 PFOS/PFOA 분석방법’ 시험으로 KOTITI 시험연구원에 의뢰하여 검출시험을 하였으며, 참고로 소화 약제 제조국인 중국 국가고정멸화계통화내화구건질량감독검측중심의 시험 결과도 함께 게재하였다.

이 국가표준 시험방법 KS M 9722:2017은 규정된 온도와 시간 동안 메탄올을 이용하여 초음파 추출기로 시료를 제조한 후 액체 크로마토그래피-질량분석법(LC-MS)으로 정성⋅정량 분석을 수행하는 방식으로 진행한다. 이때 사용되는 장치 및 기구는 고속 액체 크로마토그래피-질량분석기(LC-MS-MS), LC-MS 분석용 컬럼, 초음파 추출기, 시료 농축장치 등을 사용하였다.

4.1 실험재료(소화약제)

본 실험에서 사용하게 될 수성소화약제는 화재 진압 후 재 착화가 되지 않고, 전기화재 적응성을 가지고 있으며, 특히 B급 유류화재에 탁월한 화재진압능력(일반 분말소화기 3배)을 가지고 있다. 무엇보다 중요한 것은 인체에 무독성과 친환경 C4 기반 수성막포소화약제라는 점이다.

시험 재료인 수성소화약제 ‘S-6-AB-M900’은 C4 기반 수성막포소화약제 ‘6% (AFFF, -8 ℃) M900’를 소화기 전용으로 배합한 수성소화약제로서 ‘Mutian Fire (Zhejiang, China)’에서 구입하여 시료로 사용하였으며, 소화약제의 조성비는 Table 1과 같다.

Table 1

Fire Extinguishing Agent Composition Ratio

Ingredient	CAS Number	Specific gravity
Water	7732-18-5	83.7%
Surfactant	68084-34-4	7%
Emulsifier	69072-97-5	7%
Vesicant	80-17-1	1%
Triethanolamine	102-71-6	0.5%
Xanthan gum	11138-66-2	0.8%

4.2 시약준비

4.2.1 표준물질

표준 시약은 헵타데카플루오로옥테인설폰산 포타슘(PFOS, Heptadecafluorooctanesulfonic acid potassium)과 펜타데카플루오로옥탄사(PFOA, Pentad ecafluorooctanoic acid) 준비한다.

4.2.2 시약

그 밖에 준비하는 시약은 HPLC 등급 메탄올(MeOH)과 아세트산 암모늄(Ammonium acetate) 그리고 아세트산 암모늄 완충 용액을 10 mmol/L와 5 mmol/L을 바이얼에 넣어 준비한다. 아세트산 암모늄 완충 용액과 KS M ISO 3696에서 정한 1등급의 정제수도 함께 준비한다.

4.3 표준용액 조제

표준용액은 먼저 실험체 PFOS 개발표준저장용액(1,000 mg/L), PFOA 개발표준저장용액(1,000 mg/L)와 중간표준혼합용액 1 (10 mg/L), 2 (1,000 µg/L), 3 (50 µg/L)을 Table 2와 같이 조제해 준비한다.

Table 2

Preparation of the Black Standard Solution

Standard Solution No.	The Used Volume of the Intermediate Standard Mixed Solution	Final Volume mL	Final Concentration of PFOS/PFOA µg/L
1	0.1	10	0.5
2	0.2	10	1
3	0.4	10	2

혼합스파이크표준 용액(100 µg/L), 검정 표준용액은 Table 2의 PFOS/PFOA 분석용 검정 표준용액들을 조제 한다. 이들 검정표준 용액은 0.5 µg/L, 1 µg/L, 2 µg/L를 포함한다.

4.4 시험방법

시료는 입자크기 200 µm 이하로 준비하여 다른 시료와 섞이지 않도록 하여 적당한 용기(40 mL)에 분리하여 보관한다. 이때 시료별 고유번호 등 정보를 별도의 기록지에 기록한다. 이후 Table 3과 같이 시료 1 g을 40 mL 바이얼에 옮긴 후 메탄올 10 mL를 넣는다. 바이얼의 마개를 닫고 60 ℃ 온도의 초음파 장치에 넣고 2시간 동안 초음파 용출 후 실온에서 냉각한다.

Table 3

Measurement Order and Details

Order	Measurement	Measurement Goal	Remark
1	Black Standard Solution 1	Preparing the black curve for measuring the correct concentration	Black curve correlation coefficient R ≥ 0.995 (R² ≥ 0.990)
2	Black Standard Solution 2
3	Black Standard Solution 3
4	Black Standard Solution for a Check (2 or 3)	Checking equipment recurrence	Within the tolerance of ±25%
5	Blank Test	For checking contamination possibility	Measuring 6 or more and 20 or less samples each time, no more than the test method detection limit (≤ LOD)
6	Blank Spike Sample Spike	For checking the collection rate	Performing it for 6 or more and 20 or less samples each time, within the collection rate tolerance of ±30%
7~26	Samples 1 to 20	Measuring the sample concentration	-
27	Repeat Sample	Checking repeatability by repetitively measuring one sample of measured samples to check repeatability	Performing it for 6 or more and 20 or less samples each time, within the tolerance of ±30%
28	Black Standard Solution for a Check	Checking equipment recurrence	Within the tolerance of ±25%

시료 용액을 0.45 µm 주사기 필터로 거른 후 LC-MS 분석을 위한 2 mL 바이얼에 옮겨 분석용 시료로 하여 Table 4와 같은 방법으로 측정하여 나온 결과치로 기기 분석을 한다.

Table 4

PFOS/PFOA Detection Test Results (Korea)

PFOA, mg/kg (Solvent extraction, LC-MS-MS analysis)
Division	Examination Result	Standard
(A)
Perfluorooctanoic acid (335-67-1)	Not detected
Not detected : 0.05 mg/kg Less than that


PFOS, mg/kg (Solvent extraction, LC-MS-MS analysis)
Division	Examination Result	Standard
(A)
Perfluorooctane Sulfonate (1763-23-1)	Not detected

Not detected : 0.05 mg/kg Less than that

4.5 기기 분석 및 계산

4.5.1 액체 크로마토그래피-질량분석기의 분석 조건

분리관의 크기는 C18, 150 mm × 2.1 mm × 5 µm이고, 컬럼 오븐 온도를 40 ℃에 맞춰 준비된 표준용액 중 메탄올 10 mmol/L의 아세트산 암모늄을 완충한다. 그리고 용매 이동 속도 0.4 mL/min, 시료 주입량 10.0 µL으로 조건을 충족하고 있다.

4.5.2 계산

PFOA/PFOS 농도(mg/kg) 계산법은 KS M 9722:2017에서 규정된 계산법으로 PFOA/PFOS 농도 계산하였다.

시료 중

PFOA/PFOS 농도(mg/kg)=C×V×D.F.A×1000

여기에서,

C: LC-MS 분석으로부터 계산된 PFOA/PFOS의 농도(µg/L)

V: 최종 추출물의 부피(mL)

D.F.: 희석 배수

A: 시료의 무게(g)

4.6 PFOS/PFOA 검출시험 결과

Table 4와 같이 수성소화약제 ‘S-6-AB-M900’에 대한 ‘화학제품 중의 PFOS/PFOA 분석방법’ 시험에서 PFOS/PFOA 모두 검출 안됨으로 판정되었으며, 이는 0.05 mg/kg 미만까지 미 검출로 표시되는 것이다. 눈여겨 볼 점은 한국의 기준이 0.05 mg/kg인 데 반해 중국은 Table 5에서 보듯이 0.1 µg/kg 미만을 미검출로 판별한다는 것이다. 즉 중국이 PFOS/PFOA에 대한 규제가 더 강한 것을 알 수 있다.

Table 5

PFOS/PFOA Detection Test Results (China)

No.	Inspection item	Technology request	Measurement results	Judgment results
1	Surface tension	≤ 20 mN/m	Before the temperature treatment : 18.5	Acceptance
2	PFOS (Perfluorooctane Sulfonate)	≤ 1 µg/kg	Not detected	Acceptance
3	PFOA (Perfluorooctanoic acid)	≤ 1 µg/kg	Not detected	Acceptance

5. C4기반 수성막포의 활용

본 연구를 통해서 확인된 바와 같이 AFFF 소화약제의 주성분인 계면활성제에서 PFOS/PFOA가 검출되지 않은 친환경 C4기반 수성막포 소화약제는 그 강력한 소화력과 AFFF가 지닌 많은 장점을 활용한 소방용구 또는 소화시스템의 개발, 제조가 필요하다.

5.1 AFFF 소화기

소화기는 실내거주자 또는 건물관리자가 직접 소화 활동을 초기화재를 진압하는 방법이라고 할 수 있다. 화재 진압 활동은 쉽게 경험할 수 있는 것이 아니다. 평소에 많은 훈련도 쉽지 않다. 그렇기 때문에 소화기는 화재 진압 성능이 뛰어나야 하고 화재 진압 후 뒤처리가 용이하여야 한다.

60년대 초반 염화칼슘을 기반으로 한 지금과 같은 형태의 ABC 분말소화기를 70년간 사용하여왔다. 분말 소화약제는 일반화재에 적응성 우수한 소화약제이지만, 유류화재, 전기화재, 주방화재, 배터리 화재 등에는 적응성이 없다. 따라서 최근 화재의 유형이 다양화와 복합화 되어가고 있다. 그러므로 상황과 가연물질에 적응성 있는 소화기가 필요하다.

이미 검증된 소화력과 환경 문제를 해결한 C4기반 수성막포소화약제를 분말소화기를 대체할 소화기 약제로 사용할 것을 제안하려 한다.

C4 기반 수성막포소화약제를 개발한 Mutian Fire (Zhejiang, China)에서는 이미 Fig. 2와 같은 C4기반 소화기를 제조 판매하고 있다.

Fig. 2

AFFF Fire Extinguisher

Mutian Fire의 1 kg 소화기의 경우 B급 화재의 능력단위를 34단위로 표시하고 있다. 일반 분말소화기의 약 3배 강력한 소화력이 있다. 이러한 특성을 이용한 유류화재 전용 소화기를 개발하여 유화산업단지, 석유화학단지에 활용하는 것도 좋은 활용 방법이 될 것이다.

5.2 공동구 소화시스템 AFFF 소화약제 적용

AFFF는 전기 적응성이 있고 기본적으로 수계소화약제 이므로 유통기한 긴 장점을 가지고 있다. 관리에 장점을 가지고 있으며, 밀폐된 지하 공동구에서 위험한 가스계 소화약제의 사용을 배제하고 C4기반 수성막포소화약제 적용을 고려할 수 있다.

5.3 AFFF 소공간 소화장치

EPS실, 통신장비, 일반 제어장비와 같은 감시자가 근무할 수 없는 장소이며, 가스계 소화약제의 사용이 어렵고, 전기시설물 때문에 수계 소화약제를 사용할 수 없는 소공간에 소화설비가 필요하다. 따라서 이와 같은 시설물에 C4기반 AFFF가 사용된 소화시스템의 개발 또는 기존 소공간 소화장치에 약제 교체 후 사용도 고려할 수 있을 것이다.

5.4 산불진압용 소화시스템

AFFF의 가장 커다란 장점인 재착화가 되지 않는 점을 이용한 산불진압용 소화시스템 개발이 필요하다. 누구나 알고 있듯이 산불 진화의 가장 어려운 점은 잔불의 재착화라고 할 수 있다. AFFF는 형성된 수성막이 장시간 지속 되어 화재 진압 후 재착화를 방지할 수 있다. 이런 장점은 산불진압에 커다란 효율성을 가지고 있다.

서구 소방관서는 오래전부터 Fig. 3과 같은 폼 소화약제를 산불 진압용으로 사용하고 있다.

Fig. 3

Foam Fire Extinguishing Agent at the Scene of a Forest Fire in California

5.5 기타 자동 소화장치

C4기반 수성막포소화약제는 수계소화약제, 재착화 방지, 전기 적응성, 낮은 표면장력, 안정된 화학물질로 인한 긴 유통기간 등 많은 장점과 독성 없는 소화약제라는 점은 소화장치로 적용할 수 있는 범위가 넓다고 할 수 있다.

일반⋅전원주택용 자동소화장치, 버스⋅객실 소화장치, 업소용 주방 소화설비, 전기실⋅통신실 전용 소화약제 등에 적용할 수 있으며, 특히 낮은 표면장력은 다공질 구조라고 할 수 있는 전기자동차 배터리 화재에 적용도 가능할 것으로 판단된다.

6. 결 론

미래산업의 중요 키워드인 친환경은 소방산업도 예외일 순 없다. 2020년 12월 3일 스톡홀름 협약에 따라 전 세계 160개 이상의 국가에서 PFOA의 사용과 생산을 금지하는 규제가 발효되었다. 이것은 2019년 5월에 개정된 스톡홀름 협약 부속서가 발효된 것으로 소방용 폼 소화약제도 5년간의 유예 후 사용이 완전 금지된다.

사회현상은 위기와 기회가 함께 찾아온다. 국제환경협약에 의한 PFOA의 사용규제는 친환경 소화약제를 목표로 개발된 C4기반 수성막포소화약제에게는 새로운 기회이다.

지금 AFFF 시장은 2015년부터 C8에서 C6로 전환되는 시점이다. 이 시점에 C4기반 AFFF는 한 세대를 앞선 제품으로, 유류저장소, 소화약제차량, 대규모 유화단지 등의 기존의 사용처와 함께 환경문제 해결로 그동안 사용이 어려웠던 소화기 약제를 비롯해서 사람이 상주하는 생활공간, 특수공간 등 모든 공간에 사용이 가능하다.

AFFF는 강력한 유류화재 진압능력과 장시간 유지되는 수성막으로 인해 재착화가 되지 않는 점, 그리고 전기 적응성이 있어 전기시설물이 있는 곳에도 사용 가능하다. 이와 같은 많은 장점을 가진 AFFF가 본 연구를 통해 환경문제라는 족쇄에서 벗어나 새로운 시장을 개척하는 폭넓은 할용을 기대해본다.