유럽의 REACH (Registration, Evaluation, Authorization and Restriction of CHemicals)는 인간 건강과 환경 보호 및 유럽 산업계 경쟁력 강화를 목적으로 지속가능한 화학물질 관리를 위해 2007년 6월에 시행된 법령이다. EU에서 연간 1톤 이상 제조 또는 수입되는 화학물질(substance)에 대해 등록을 의무화하였고, 톤 수 및 유해성에 따라 단계적 등록을 이행하여 2018년 6월 기존 화학물질의 등록이 완결되었다(Fig. 1).^1,2) 이러한 REACH 시행 결과 2023년 12월 통계에 의하면, 22,566 물질, 17,360개 기업이 104,945건의 등록을 마쳤으며,²⁾ 등록 물질의 데이터가 공개되고 있다.³⁾ 유럽에서는 1998년 살생물제 관리지침(Biocidal Products Directive (Directive 98/8/EC), BPD)에 기원하는 Biocidal Products Regulation (BPR, Regulation (EU) 528/2012)을 2013년 9월 1일부터 시행하였고 BPD를 완전 대체한 BPR에서는, 활성물질(active substances) 및 살생물제품(biocidal products)에 초점을 두었던 전자와는 달리 규제 대상을 확장하여 살생물처리제품(treated articles)을 포함시켰다.^4,5) 또한, 활성물질 승인(approval) 및 살생물제품의 허가(authorization)를 취득하고자 할 때 이들 물질과 제품을 출시하는 모든 기업에서 그 부담을 공유해야 한다.⁶⁾ 유럽에서는 REACH 및 BPR 법이행으로 축적된 물질 및 살생물질의 유해성 데이터 결과를 공유하고 한 단계 더 나아가 안전한 물질 및 활성물질으로의 대체에 활용되도록 프로젝트가 진행 중이다.^7-9)

Figure 1. Overview and status of chemical regulations and supportive exposure assessment tools

국외에서 K-REACH라고도 불리는 “화학물질의 등록 및 평가 등에 관한 법률” (약칭: 화학물질등록평가법, 이하 화평법)이 2015년 1월 한국에서도 발효되었다.¹⁰⁾ 화평법에서는 1톤 이상 기존 화학물 510종의 2018년 6월까지 시범 공동등록을 마친 이후¹¹⁾ 물질의 톤 수와 유해성에 따라 1차~4차의 단계적 등록 진행되고 있다: 2021년 1차 등록(연 1,000톤 이상, 1톤 이상 CMR), 2024년 2차 등록(연 100톤 이상), 2027년 3차 등록(연 10톤 이상), 2030년 4차 등록(연 1톤 이상).^11-13) 또한, 2019년 1월에는 살생물제 안전사고의 사전 예방 및 모든 국민의 안전한 살생물제 이용을 목적으로 하는 생활화학제품 및 살생물제품의 안전관리에 관한 법률(약칭: 화학제품안전법, 이하 살생물제법)이 유럽의 살생물제 안전관리 제도를 벤치마킹하여 시행되었고 국외에서는 K-BPR이라고 불린다.^14-16) 기존에 화평법에서 관리하던 위해우려제품이 살생물제법으로 이관되어 안전확인 대상 생활화학제품으로 더 철저히 관리되며, 생활화학제품의 위해성 평가, 살생물물질 승인 및 살생물제품 허가, 살생물처리제품의 안전기준 준수 등에 관한 규정들이 이행되고 있다.

REACH 및 BPR 그리고 화평법 및 살생물제법은 화학물질 및 살생물물질에 대한 유해성 평가와 각 용도에 대한 노출평가 및 위해도 평가로 이루어지는 위해성 평가가 핵심 이행 사항이며,^17-21) 화학, 환경독성학, 인체독성학, 생물학, 환경공학, 보건학, 화학공학 등의 분야가 규제과학(regulatory science) 관점에서 함께 융합되어 법이행을 뒷받침해 주어야 한다. 이 중 노출평가는 직접적인 노출량 측정 혹은 노출평가 툴에 의해 수행될 수 있지만 거의 후자에 의한 방법에 의해 노출량이 예측된다.^22,23) 노출의 대상은 환경과 인간 그리고 후자는 다시 작업자, 전문적 사용자 및 소비자(일반인)로 구분되며, 인체 노출시의 경로는 흡입, 피부 및 경구 노출을 예측하며, 노출평가 툴은 대상과 경로에 특화되어 개발되었다.^23,24) 보수적인 최악의 노출값을 예측하는 Tier 1 툴과 더 많은 정보를 입력변수로 하여 더 현실적으로 보정된 노출값을 계산하는 Tier 2 툴이 존재한다(Fig. 2).²⁵⁾

Figure 2. Exposure assessment as one of main parts of chemical safety reports and types of export assessment tools specialized according to targets, routes and tiers

본 논문에서는 환경 노출평가 툴인 EUSES (European Union System for the Evaluation of Substances), EUSES에 내재된 SimpleBox와 SimpleTreat 및 ECETOC TRA (European Centre for Ecotoxicology and Toxicology of Chemicals’ Targeted Risk Assessment) (Environment), 작업자 노출평가 툴인 ECETOC TRA (Worker), 소비자 노출평가 툴인 ECETOC TRA (Consumer) 그리고 REACH의 화학물질안정성보고서 작성을 위한 CHESAR (CHEmical Safety Assessment and Reporting tool)에서 이루어지는 노출평가 특징과 함께 각각의 노출평가 툴이 법이행을 위해 어떻게 개선되고 서로 어떤 영향을 미치며 발전되었는지에 초점을 맞추어 고찰해 보기로 한다. 이 외에도 IUCLID (International Uniform Chemical Information Database)의 역할과 ECETOC TRA 외에도 빈번히 사용되고 있는 인체 노출평가 툴의 최신 상황을 살펴보기로 한다.

1. 연구 대상 노출평가 툴의 선정

화학물질 등록법 관련하여 전 세계적으로 벤치마킹되고 있는 EU REACH 이행에 사용되고 있는 노출평가 툴을 대상으로, CHESAR, EUSES, ECETOC TRA (Worker, Environment, Consumer) 및 환경 노출평가 툴의 빌트인 모델인 SimpleTreat 및 SimpleBox를 주요 리뷰 대상으로 선정하였다. 그리고 ECETOC TRA 외에도 빈번히 사용되는 인체(작업자 및 소비자) 노출평가 툴인 MEASE (Metals’ Estimation and Assessment of Substance Exposure), ART (Advanced Reach Tool), Stoffenmanager, EMKG (Einfaches Maßnahmenkonzept für Gefahrstoffe), RISKOFDERM (Risk Assessment for Occupational Dermal Exposure to Chemicals), ConsExpo에 대해서도 조사하였다.

2. 자료 수집 및 분석

본 연구는 문헌 고찰로 수행되었고, 수집된 문헌은 공식적으로 발간되고 공개된 자료이며, 각 노출평가 툴의 공식 웹 사이트에서 제공하는 정보를 출발점으로 하여 노출평가 툴의 원리, 구동 사례 및 검증에 관한 과학적 연구 보고서 및 논문들을 수집하였다. 또한, 길게는 수십 년의 연혁을 갖는 툴의 초기 버전부터 현재 버전까지의 축적된 자료 - 버전별 기술보고서 및 사용자 가이드, 새 버전 출판 기록 등 - 를 홈페이지 출판물 기록 보관을 통해 수집하였고, 틈새가 발견되면 키워드 구글링을 통하여 정보를 보완∙수집하였다. 소집된 자료들을 기반으로 각 툴의 원리, 초기 개발된 목적 및 REACH 이행을 위하여 진화되어 온 내용, 각 툴 간의 연계성, 현재 사용 현황, 향후 개발 방향 등에 초점을 맞추어 분석하였고 그 결과를 효율적으로 파악할 수 있도록 표와 그림으로 제시하였다.

1. 법 이행을 위한 환경 노출평가 툴

1.1. 환경 노출평가 툴에 내재된 다매체물질수지 모델 SimpleBox

대기, 물, 토양 등과 같은 서로 다른 균일한 모듈 내 및 모듈 간 화학물질의 배출, 이동, 분해 등의 환경 거동을 예측하는 방법은 1980년대 연구되기 시작하였다.^26,27) SimpleBox는 ‘Mackay type’이라 지칭되는 다매체물질수지 모델(multimedia mass balance models)로, 전국(regional), 대륙(continental) 및 지구(global)의 세 공간 규모에서 대기, 물, 침전물, 토양의 well-mixed boxes에서 화학물질의 fluxes (mass flow)로서 그 거동을 시뮬레이션하는 모델이며, 물질의 물리화학적 성질과 모델화한 환경 특성으로부터 물질 이동이 내재적으로 유도된다는 원리에 기인하며, 사용자가 배출(release rate)을 입력하여 PEC를 출력한다.²⁸⁾ 네덜란드의 RIVM (National Institute for Public Health and the Environment)에 의해 1982년 처음 연구를 위한 툴로 개발된 이후 v1.0 (1993년), v3.0 (2004년), v4.0 (2014), v4.01 (2015) 등의 업데이트를 거치며(Fig. 1) 화학물질의 기본적인 물리화학적 성질로부터 환경 거동을 이해하고 예측하는 가장 유용한 툴로 증명되었다.^28-33) SimpleBox 4.0의 환경에 대한 디폴트 세팅은 5개 규모(scales)로 구성된 북반구이다. 북반구를 기후에 따라 세 가지 지대(zone)로 나눈 지구 규모 - 'moderate’, ‘arctic’ 및 ‘tropic’ 규모, ‘moderate’ 지대 내에 바다로 둘러 쌓인 한 개의 대륙 규모, 대륙 규모 내에 한 개의 지역(regional) 규모를 두는 nested multimedia model이다.

SimpleBox 모델 파라미터는 디폴트 항목, 입력항목, 계산된 항목의 세 종류 카테고리로 구분된다. 문헌값 혹은 보편적으로 인정된 디폴트 값을 사용하는 항목의 예로는 수계 박테리아 농도, OH 라디칼 농도, 토양 pH, 수계 pH 등의 47개 항목이 있는데, 이 중에는 더 세분화하여 디폴트 값이 다른 항목들도 있다. 물질 혹은 지형을 서술하는 항목들은 입력할 수 있으며(디폴트 값으로부터 선택할 수도 있음), 계산된 항목들은 계산식을 이용하여 디폴트 항목, 입력 항목 혹은 다른 계산된 항목들로부터 계산한 항목들이다. 이렇게 확보되는 모델 파라미터들을 근간으로 하여 입력변수에 대해 33개 박스에서 매체 간 분배, 매체간 이동, 분해에 의한 제거 기작에 의한 SimpleBox processes가 진행된다.³³⁾ 대기, 수체, 저토, 토양에 대한 각 물질수지식(mass balance equations)을 사용하여 Mackay level III인 정상상태(steady-state)와 Mackay level IV인 비정상상태(quasi-dynamic)의 환경노출 농도를 계산한다.²⁸⁾ 정상상태 계산은 물질수지식을 0으로 놓은 계산 결과로 정상상태 농도, 휘산도(fugacities), 배출, 질량, 정상상태 질량 이동(inflow, out-flow, 제거, 분해), 매체 간 이동, mass balance 항목값이 두 개의 표로 출력되고, 해당 규모에 표시된 각 격실에 정량화하여 적은 정상상태 퍼센트 및 정상상태 질량 이동을 가시화한 그래픽 5개를 출력한다.^30-33) Quasi-dynamic computation (“dynamicR”)은 궁극적인 정상상태로 전개되는 중의 배출의 변화에 따른 시스템 반응을 계산하는 것으로, 이 방식은 배출 외에는 모든 파라미터가 시간에 대해 상수이므로 “quasi-dynamic” 계산이라 불린다.^29,30) 출력은 시간에 따른 molar masses (R에서 계산) 및 규모별 시간에 따른 정상상태의 질량 퍼센트 그래프이다.

SimpleBox v4.01 (2015.03.31)은 SimpleBox v3.0 (2004. 06.14)을 업데이트한 것으로 구조적으로 큰 변화는 없고, 화학물질의 분배 및 환경 거동에 대한 새로운 과학적 지식을 반영하여 개선이 진행되었고, 몇 가지 주요 차이점을 살펴보면 다음과 같다^29,33): Local scale 및 vegetation compartment 제거(바람직하지 않은 복잡한 부분을 제거하여 간편성과 사용자 친화성을 향상), 호수(lake water) 및 심해(deep-sea water) compartment 추가 및 유기 산/염기를 분배 거동에 따라 계산 (3.0 버전에서는 중성의 비이온성 물질에만 적용) 등.

SimpleBox 4.0의 데이터베이스로는 물질 DB (276개 HPVCs), 시나리오 DB 및 연구 사례 기록∙보관의 3개 시트로 구성되어 있다. Landscape 시나리오는 대지 면적, 바다 면적, 온도, 풍속, 강우량, 호수 깊이 등의 16개 항목으로 구성되는데, SimpleBox 디폴트 세팅과 EUSES, 미국 9개 지역과 캐나다 8개 지역 DB로부터 선택할 수 있다.

1.2. 환경 노출평가 툴에 내재된 하수처리 모델: SimpleTreat

다매체 모델인 SimpleTreat는 폐수처리 시설에서 물질의 거동을 평가하는 툴이며 활성슬러지를 갖는 표준 하수처리시설(sewage treatment plants, STP) 시나리오를 대표하는 모델이다.^34,35) 하수 또는 폐수는 1차 침전조(primary settler). 폭기조(aeration tank), 고/액상 분리조(solid/liquid separator)의 3단계를 거쳐 처리되며, 매체 간 한 방향으로의 이류(advection), 양방향의 확산(diffusion), 분해(degradation) 기작이 작용되며, 분배, 분해, 휘발에 의한 물질수지를 풀어내는 정상상태 다매체 박스 모델이다(Table 1).^22,34-36) 매체는 대기, 수계, 부유성 고형물(suspended solids)과 침전물(bottom sediment)로 나누어지고, 대기로 일부 배출이 되기도 하고, 폐수에 남아 방류되거나 슬러지 형태의 폐기물 형태로 배출된다. 9 박스 모델의 경우 1차 침전과 활성슬러지 공정을 조합하여 STP 3개 탱크 내 화학물질 거동을 예측하며, 6 박스 모델의 경우, 1차 침전 없이 화학물질 거동을 예측하며, 후자의 경우 활성슬러지 공정의 수리학적 체류시간(hydraulic retention times, HRT)이 9-박스보다 길게 설정된다.³⁶⁾ 주요 특징은 화학물질의 몇 가지 기본 특성으로부터 화학물질의 상대적 배출량(대기배출, 수계배출, 토양배출의 퍼센트)을 계산하고 기본 특성 DB를 입력변수로 단순 배출 시나리오에 의해 수계로 유입되는 처리수의 농도, 슬러지(이후 농경지에 투입) 내의 농도, STP를 통한 대기 농도를 계산한다.^36,37)

Table 1 . Overview of input, process/calculation and output of SimpleTreat^34-36,38).

Input (SimpleTreat 4.0)	Process/calculation (box model computation)		Output (SimpleTreat 4.0)
1. Characterization of the chemical: ● Chemical class (acid, base, neutral), Molecular weight, Kow (of neutral chemical), Dow (apparent Kow at actual pH), Vapour pressure, Water solubility, pKa, Henry constant, Koc, Kp (raw sewage), Kp (activated sludge) 2. Emission scenario 3. Operation mode 4. Biodegradation in activated sludge	● Chemical fate processes in primary settler, aeration tank and solid/liquid separator: advective transport (irreversible), diffusive (reversible) intermedia transport driven by non-equilibrium concentrations in adjacent media, tending to the direction of equilibrium, first-order degradation ● Nine boxes: sewage treatment plant (STP) of the size of N inhabitants consisting of primary sedimentation, activated sludge and secondary clarifier/ Six boxes: STP without primary sedimentation ● Mass balance system of 9 or 6 linear equations solved at steady-state (dC/dt=0)		Output with a primary sedimentation tank (9-box) and without a primary clarifier (6-box): 1. Summary of distribution (%): • to air, to water, via primary sludge, via surplus sludge (Total 100%) 2. Concentrations: • in air, in combined sludge (in primary sludge, in surplus sludge), in mixed liquor (dissolved, associated), in effluent (total) (dissolved, associated), in solids effluent 3. Operation of the plant‡
	Tier 1: Deterministic SimpleTreat • Basic input dataset • Default parameterisation • Realistic worst case scenario	1. Partitioning to sludge using estimated Koc: removal by adsorption 2. Biodegradation: first order biodegradation, only in water phase/Input: from ready biodegradability tests (OECD 301)
	Tier 2: Probabilistic SimpleTreat • Refined input dataset • Probabilistic parameterisation • Variability of activated sludge STPs	1. Partitioning to sludge using measured Koc (OECD 106, OECD 121) 2. Biodegradation: first order biodegradation in water and solid phase (OECD 314B* (method 2) and OECD 303A† (method 3))

*OECD 314B: Activated sludge die-away test. Biodegradation rates directly derived from the disappearance of the test material (closed system)..

^†OECD 303A: Continuous activated sludge simulation study. Degradation rates can be derived by fitting a first order biodegradation rate to the observed mass balance using the 6-box version of SimpleTreat..

^‡HRT: Hydraulic retention times, SRT: sludge retention time, aeration mode, primary sludge, surplus sludge, total sludge, total wastewater..

많은 물질이 자연환경의 pH에서 이온화하는 반면 SimpleTreat는 원래 중성의 지용성 물질대상으로 디자인되었고 3.1 버전에 이온화가 설정은 되었지만, 이온성 물질의 거동을 무한한 수용액상에 국한하여 활용 영역이 제한되었다. 따라서, 하수나 활성슬러지에서의 화학물질 거동과 관련한 새로운 과학적 연구결과에 따라 업데이트되어 왔다.^35-40) 2011년 이온성 유기물질에도 응용 가능하도록 확장하고, 보정된 생분해성 관련 입력 데이터로 probabilistic parameterization을 사용하여 모델이 더 현실적으로 개선하였고 법이행을 위한 위해성 평가에서 최악의 시나리오를 대체할 수 있도록 SimpleTreat의 보정이 시작되었다.³⁵⁾ SimpleTreat 3.2에 옥탄올-물 분배계수(K_OW), 산 해리상수 (pKa) 및 pH로부터, Koc에 표준화된 유기산/염의 슬러지-물 분배계수를 예측하는 회귀분석이 이행되었고 SimpleTreat 4.0 (2014년)에는 유기산/염기의 흡착에 대한 새 식이 반영되었다.^37,38) 또한, 3.0 이후의 기술 개발에 따른 STP 가동에 대한 디폴트 항목이 변경되었다. 생활하수(domestic sewage)를 대표하는 디폴트 값이 설정되었고 산업폐수와 관련된 화학물질 거동이나 배출 계산은 반영되지 않았지만, 활성슬러지 공정의 슬러지 투입량(sludge loading rates, SLR)과 HRT, 슬러지 체류시간(sludge retention time, SRT) 등의 변수가 재산정되었다.³⁶⁾ SimpleTreat 4.0.8 버전부터 가능성이 제시되었던 증기압, 수용해도(S), 헨리상수, 생분해상수 4개 입력 변수에 대한 온도 보정식이 2022년 SimpleTreat 4.1.0 출간물에 공표되었다.⁴¹⁾

SimpleTreat 4.0에서의 분해 기작은 시험방법의 엄격성, 복잡성(비용), 예측력에 따라 세 가지 레벨로 분류된 OECD (Organization for Economic Co-operation and Development) 표준시험법에 따라 구해진 1차 분해상수에 영향을 받는다. 생분해시험자료가 여러 개이면, method 3 (OECD 303 A)>method 2 (OECD 314B)>method 1 (OECD 301 시리즈, 310, 302 시리즈) 결과의 우선순위로 사용하는데, 그 이유는 시험방법이 더 엄격하고, 복잡하여 비용이 더 들지만 예측력이 향상되기 때문이다.^19,35,38)

최신 버전은 4.09 버전(2020)⁴²⁾의 개정본인 4.1 (2022년)이며⁴¹⁾ REACH, 살균제, 의약품 및 식물보호제품 등의 화학물질 관련 법령에 활용되고 있다.^34,36)

1.3. EUSES (European Union System for the Evaluation of Substances)

EUSES는 EU REACH 및 BPR 이행 시 기업, 당국 및 연구자들이 사용하는 유럽의 환경노출평가의 표준 툴이며, 최신 버전은 특별히 살생물질의 환경노출평가와 위해성 평가를 위하여 2019년에 업데이트된 2.2.0을 ECHA (European Chemicals Agency) 홈페이지에서 다운받을 수 있다. 업데이트된 버전에는 신규 및 업데이트된 환경배출시나리오(environmental emission scenarios)가 추가되었고, SimpleTreat 4.0도 사용할 수 있다.⁴³⁾

REACH 이전 European Commission (EC)에서는 유럽의 신규 신고물질(1993년), 기존화학물질(1994년), 살생물제품(1998년)의 위해성 평가 지원을 위해 환경과 인체건강의 유해성 및 노출평가에 대한 근본적인 원리와 방법론에 대해 기존 Technical Guidance Document (TGD)를 업데이트하였고⁴⁴⁾ TGD 내용이 컴퓨터 프로그램인 EUSES에 이행되었고 정책 결정을 돕는 역할을 하게 되었다.^45-47)

EUSES 1.0은 1994년에 시작되었고, v2.0 (2004), v2.1.0, v2.1.1 ( 2 0 0 8), v2.1.2 (2012)를 거쳐서 현재 2.2.0 버전(2019)이다.^46-49) EUSES 1.0과 2.0의 주요 차이점은 전자가 5개 생애주기단계(production, formulation, processing, private use, recovery) 및 SimpleBox 2.0 사용한 반면 후자는 6개 단계(production, formulation, industrial use, private use, service life, waste treatment) 및 SimpleBox 3.0을 사용하였을 뿐만 아니라 Emission Scenario Documents (ESD), Biocide Scenarios 기능이 추가되었고 소비자 노출시나리오 및 작업자 노출시나리오가 버전 1.0의 한 개에서 각 최대 10개 사용 가능했으며, ConsExpo를 불러올 수 있고, 워드 파일이나 엑셀 파일로 출력할 수 있게 되었다.⁴⁸⁾ EUSES 2.0은 ECHA 이전의 European Chemicals Bureau, EU 회원국과 유럽 화학산업계의 협력에 의해 개발되었다.⁴⁷⁾ EUSES 2.0과 비교할 때 2.1 (즉, 2.1.0 및 2.1.1)은 주요한 구조적 혹은 기술적 변화는 없고 더 많은 살생물제품 형태(product type, PT)의 ESD가 추가된 것이 특징이다. 2.1.1에서는 온도 보정이 확장되었고, 2.1.0보다 PT-18 (살충제)에 더 많은 시나리오가 추가되었다. 살생물제품이나 처리된 소재로부터 살생물질의 초기 배출(initial emission)을 산정하는데 사용하는 ESD는 현재 ECHA 홈페이지에 최종 22개 PT별로 관련 ESD, 추가 가이던스 및 정보 등이 별도의 폴더에 제시되어 있으며⁵⁰⁾ EU 프로젝트와 OECD에 의해 계속 업데이트되어 왔다.⁵¹⁾

EUSES는 EUSES local 모델과 빌트인된 하수처리 모델 SimpleTreat 및 다매체물질수지 모델인 SimpleBox로 구성되며, SimpleBox는 regional distribution model의 기능을 수행한다(Fig. 3).³⁵⁾

Figure 3. Modelling framework of the European Union System for the Evaluation of Substances (EUSES) that has SimpleTreat and SimpleBox in regulatory risk assessment (redrawn form the reference)³⁵⁾

EUSES 2.2.0에는 노출평가를 구성하는 배출(release) 모듈과 거동(fate) 및 분배(distribution) 모듈 중 전자는 살생물질의 노출평가를 위한 제품 형태(product type, PT)를 커버하는 ESD를 실행할 수 있도록 하였고,¹⁹⁾ 후자에는 기존에 내재되어 있던 하수처리 모델인 SimpleTreat를 v3.1을 유지하면서 살생물제에 이상적인 모델인 v4.0을 추가하였다.⁵²⁾

환경농도 산출은 전 단계에서 수행되는 배출량 산출 결과가 큰 영향을 미치게 되는데, 배출량은 용도 패턴과 관계가 있고, EUSES에서는 HEDSET (Harmonised Electronic Data SET)의 4개 주요 분류체계(main category, MC), 16개 산업 분류체계(industrial category, IC) 및 55개 용도 분류체계(use category, UC)를 사용하여 매체별 배출계수를 사용할 수 있고 배출 시나리오도 3개 분류체계의 조합으로 이루어진다.^{19,21,44-46,52)}

1.4. ECETOC TRA (Environment)

TRA v1 (2004년)의 환경노출평가는 Tier 0 수준 이상에 접근할 수 없었던 반면, TRA v2 (2009)부터 TGD 스프레드시트를 도입하여 환경 노출 농도를 계산하였고⁵³⁾ 그 이유는 EU TGD 스프레드시트와 EUSES 2.1 (2008)에는 REACH TGD (Chapter 16)¹⁹⁾의 알고리즘과 디폴트 내용이 이행되어 있었는데 비교 결과 두 개의 접근 방법이 동일함이 밝혀졌기 때문이다. 네덜란드의 NCEM (Netherlands Center for Environmental Modeling)에서 개발한 EU TGD 스프레드시트는 엑셀 파일로 EUSES 프로그램을 단순화한 것으로 스프레드시트의 특성에 의해 투명성이 있으므로 내용 파악이 용이하여 REACH 하에 흔히 사용되었다.⁵⁴⁾ 또한, ECETOC에서는 복잡하고 사용하기 힘든 툴로 평가된 EUSES의 투명성 향상을 위해 코어 EUSES 모델을 기본으로 하여 데이터 입력 모드의 단순화, 배치식 절차 모드, 하위사용자 입장에서의 출력(예로 Msafe), 새 배출 모듈을 통한 특수환경배출범주(Specific Environmental Release Category, SpERC)를 사용한 향상된 노출 예측을 할 수 있도록 TRA (Environment)를 개선하여 사용하였다.⁵³⁾

ERC는 보수적으로 설정되었고 환경 농도의 보정 평가(refined assessment)를 위해 각 산업협회에서 도출한 SpERC를 TRA 2010 버전에 종합 리스트 형태로 이행되도록 하였고, v3 (2012년)에서 SpERC의 기능을 탑재하여 직접 계산 출력이 가능해졌으며, v3.1 (2014년)에서는 계속 개발된 몇 개의 SpERC가 추가 업데이트되었다.^52,55-58)

ECETOC TRA (Environment) v3.1 (Tier 1) 입력 변수 및 출력 변수는 Table 2에 정리하였다.⁵⁹⁾ 환경배출 시나리오에 따라 총 24개의 ERC를 사용할 수 있고 산업 특성에 따른 상세 정보를 바탕으로 만든 13개 산업에 해당하는 SpERC를 적용할 수 있다. TRA의 advanced batch mode를 사용하면 추가적인 입력변수를 넣어 Tier 2 환경노출평가도 가능하다.⁵⁹⁾

Table 2 . Input and output parameters for ECETOC TRA (environment) v3.1 (Tier 1)⁵⁹⁾.

2. 법 이행을 위한 인체 노출평가 툴

2.1. ECETOC TRA

ECETOC TRA는 화학물질의 작업자, 소비자 및 환경에 노출되어 야기하는 위해성에 대해 계산하는 Tier 1 툴로써, 2004년에 처음 소개된 후 REACH 이행에 적합하도록(즉, ECHA의 TGD Chapter R12-16^17-19)의 내용과 완전히 일치하도록) ECHA, 이해관계자 및 사용자의 의견을 반영하여 업데이트된 v2 (2009년 7월)를 공개하였고, 정확도와 유용성이 계속 업데이트되면서 2010 버전, v3 (2012년 4월), v3.1 (2014년 6월)을 거쳐 TRA 작업자 툴이 2023년 업데이트되면서 현재 v3.2가 최신 버전이다. ECETOC TRA는 새로운 버전이 공개될 때 마다 업데이트된 내용과 함께 상세한 이론적 배경을 담은 기술보고서를 출간해왔다(Table 3).^{53,55-57,60-63)}

Table 3 . Evolution of ECETOC TRA tool to cope with EU REACH that entered into force on 1 June 2007^{53,55-57,60-63)}.

Year/version/technical report/features	Major updates
	Worker assessment	Consumer assessment	Environmental assessment
2004/v1/TR No. 93 • Launch of ECETOC TRA tool • Web version	• Three separate models for estimating exposures to workers, consumers and the environment • A tiered, or iterative approach to risk assessment consisting Tiers 0, 1, 2 • Assessment resources targeted on the production and use scenarios of chemicals of a likely concern for man and/or the environment
2009 (Jul.)/v2/TR No.107 • Excel spreadsheet • ECHA’s intention reflected	• Structure wholly revised • Exposure predictions across REACH process categories (PROCs) under industrial and professional uses	• Bases of the algorithms: largely retained but revised to address a wider range of consumer uses consistent with the product categories (PCs) under REACH	• A completely new tool for environmental assessments under REACH • Combination of Environmental Release Categories of the REACH guidance with the algorithms of EU TGD documents
2010 (Mar.)/2010 version	• Remains identical to the structure of TRA v2 • Takes into account the latest development of the REACH guidance chapters R12, R14, R15, and R16
2012 (Apr.)/v3/TR No.114 • As an integrated tool & a standalone consumer tool • Within version 2 of CHESAR	• Short-term inhalation exposures predicted/ different forms of general ventilation • Initial prediction of local dermal exposure • Clarification of handling of liquid substances with low volatility	• More realistic predictions due to introduction of limited types of consumer habits and data • Offering the capability of building additional new sub - categories of PCs/ACs • A format developed for SCEDs (specific consumer exposure determinants)	• Increased flexibility in the emission estimation via SpERCs and specified RMM and their efficiencies • Updated SpERC information and Structured output of environmental assessment information
2014 (Jun.)/v3.1/TR No. 124 & 131 • Within version 2.3 of CHESAR	• Clarification on the following areas to apply the TRA as intended: conditions of use, industrial and professional uses, use of OCs and RMMs, dermal protection under the TRA, solids in liquid products, alternative RMMs, etc	• Infrequent consumer uses can be evaluated: a frequency banding approach, accounting for low frequency events • Clarification of inhalation, dermal and oral ‘transfer factors’ • Indoor or outdoor options	• SpERCs changed according to revisions made by sector organisations • Clarification on potential reasons for overestimation of PECLocal, refining the emission estimation and refining PECLocal estimation
2023 (Oct.)/v3.2/TR No. 141 • Integrated tool (v3.2) • Standalone consumer tool (v.3.1) • Standalone worker tool (v.3.2)	Worker assessment: enhanced conservatism based on critical review and performance analysis • “look-up tables” for inhalation exposure (industrial and professional) and dermal exposure (industrial) updated - by adjusting parameters (vapor pressure)*, increasing base estimates† and reducing the effectiveness of local exhaust ventilation‡

*For medium volatility liquids base estimate from 50 ppm to 100 ppm (PROC 10, Industrial) and from 100 ppm to 200 ppm (PROC 10, professional)..

^†From 13.71 to 27.43 mg/kg/day (PROC 8a, industrial & professional) for dermal exposure..

^‡From 95% to 90% for industrial PROC 7 (inhalation); from 95% to 90% (PROC 8b, industrial); from 90% to 80% (PROC 8b, professional) etc..

2007년 EC의 REACH Implementation Project (RIP) 3.2 회의에서 작업자 및 소비자의 노출평가 툴로써의 미래 가치를 인정받은 바 있고,⁵³⁾ 2010년 이후 REACH 등록을 위해 전 세계적으로 소비자 및 작업자 노출을 평가함에 있어서 선호하는 노출평가 툴로 부각되어 왔다.^55-57,62) ECETOC TRA는 처음의 웹버전에서 v2부터 엑셀 형식으로 제공되어 자사 기밀 보호를 원하는 기업들이 선호하였고⁵³⁾ 여러 개의 워크시트를 갖는 엑셀 스프레드시트에서 탭을 사용하여 툴의 네비게이션이 가능하고 툴의 이해가 비교적 쉽고 사용하기 편리한 장점을 갖는다.^53,59)

2.1.1. ECETOC TRA (Worker): 작업자 노출평가

TRA 작업자 노출평가 절차는 v2 (2009)부터ECHA의 IR & CSA (Information Requirements & Chemical Safety Assessment) TGD의 요구사항과 일치되게 개발되었고, 전문가(professional)와 산업적(industrial) 용도를 구분하였으며, 구분된 REACH 공정 범주(Process Categories, PROCs)에 걸쳐 노출의 초기 농도를 예측할 수 있도록 개선되었다.⁶²⁾ 물질의 유해 정보와 노출 정보로부터 물질의 물리화학적 성질, 작업조건(Operating Conditions, OCs), 위해성관리대책(Risk Management Measures, RMMs)을 변형(modification)하여 물질의 용도에 따라 안전한 사용이 될 때까지 노출평가 절차를 되풀이할 수(iterate) 있도록 되어있다.⁵³⁾

2023년에는 작업자 노출평가 모듈의 업데이트만 집중적으로 이루어졌는데, 예측 결과값의 보수성을 향상시키 위하여 흡입노출의 경우 국소배기장치 효율(PROC 7, 8b)을 감소하고 흡입 노출 예측값(PROC 10, 중도의 휘산도를 갖는 휘발성 물질)을 증가하였고, 산업적 용도 시 피부 노출의 경우 국소배기장치 효율(PROC 7, PROC 8b)을 감소하고 초기피부 노출값(initial dermal exposure) 및 피부 노출 예측값(PROC 7 PROC 8a, 8b)을 증가시켰고 전문가 사용 시 피부 노출의 경우는 PROC 17, PROC 18의 국소배기장치 효율을 감소하였고, PROC 8a, PROC 17, PROC 18의 초기 피부 노출값(initial dermal exposure) 및 피부 노출 예측값(PROC 7 PROC 8a, 8b)을 증가시켰다(Table 3). 이는 8시간 시간가중평균(time weighted average) 단기흡입 노출 데이터 세트와 피부 노출 연구를 분석한 2022년 ECETOC 보고서(TR No. 140, 2022년)와 고체로부터의 먼지 혹은 액체로부터의 증기에 노출되는 129개 노출상황에 대한 측정값과 예측값을 비교한 논문⁶⁴⁾을 검토한 결과 예측값의 과소평가를 향상시키기 위해서는 단기흡입 노출과 피부 노출에 대한 입력변수의 값을 수정해야 함을 확인한 결과이다.⁶⁵⁾

27개 PROCs^21,59)를 포함하는 입력변수와 출력변수는 표로 정리되어 이미 보고된 바 있으며,⁶¹⁾ TRA 작업자 툴이 2023년 v3.2로 업데이트되면서 “LEV for dermal exposure에 대한 예/아니오”의 선택이 입력변수에 추가되었다.⁶⁵⁾

2.1.2. ECETOC TRA (Consumer): 소비자 노출평가

ECETOC TRA v1 (2004)의 Tier 1 소비자 노출은 EU TGD알고리즘에 기초한 접근 방식을 이용하였고, 용도 카테고리는OECD 및 US EPA 내의 리스트로부터 개발되었다.⁶⁰⁾ v2 (2009)에서 구조 및 내용이 광범위하게 개정되었는데, 알고리즘은 대부분 유지되었으나 REACH 하에 평가해야 하는 제품 범주(Product Categories, PCs)와 일치하도록 더 넓은 범위의 소비자 용도를 다루었고, 디폴트 값 및 가정에 대한 정당한 근거를 제공하여 투명성을 현저히 향상시켰다.⁵³⁾ v3 (2012)에서는 소비자 습관 및 경험(habits & practices, H&P) 데이터를 잘 활용하도록 하여 v2보다 더 현실적인 예측이 되도록 하였고, 툴 내에 이미 존재하는 제품 범주 및 완제품 범주(PCs/Acs) 내에 신규 세부 범주(sub-categories)를 생성할 수 있도록 하여 신규 용도에 대한 시나리오를 생성할 수 있도록 기능을 향상시켰다. 동시에 확인된 소비자 용도를 특수 소비자노출 결정자(Specific Consumer Exposure Determinant, SCED)라는 용어를 사용하였고, 이와 관련한 H&P 정보를 수집하고 소통할 수 있는 포맷을 개발하였다. 이러한 개발을 통해 v3은 v2보다 덜 보수적인 예측이 되었고 소비자 노출평가는 standalone 버전으로도 제공되었다.⁵⁵⁾ v3.1 (2014)에서는 사용빈도에 ‘infrequent use’ 를 추가하였고, 흡입, 피부, 경구 세 가지 경로에 대해 적용한 transfer factor를 설명하였고 실내 및 실외 시나리오에 대한 공간 및 공기 교환율을 각각 적용하였는데 이 값들은 RIVM 팩트 시트와 Stoffenmanager 디폴트 값에 기초하였다.⁵⁶⁾ 소비자 노출의 기간/빈도(duration /frequency) 및 유해는 위해 평가를 위해 조합될 때 유해성 항목과 단위를 고려하여 일치시켜야 하는데, v3.1에서는 SCED 내의 빈도 정보에 기반하여 노출을 조절하는 접근을 사용하였다. 2014년 v 3.1 공개 이후 더 개발된 SCED 내용은 ECHA의 소비자노출평가 R15 가이드라인(R15v 2016)¹⁸⁾에도 반영되어 발간되었고(예로, 짧은 기간/드물게 사용하는 빈도의 노출을 장기-전신 무영향수준과 비교하는 접근법 등) CHESAR 내의 ECETOC TRA 소비자 모듈에는 반영되어 있다.⁵⁸⁾

ECETOC TRA (Consumer) v3.1의 입력 변수 및 출력결과를Table 4에 정리하였고 이 표로부터 흡입, 피부, 경구 노출에 사용하는 TRA 알고리즘을 살펴볼 수 있다.⁵⁹⁾

Table 4 . Input parameters to calculate outputs for ECETOC TRA (Consumer) v3.1⁵⁹⁾.

2.1.3. Use map SpERC, SWED, SCED: Refinement of Tier 1 ECETOC

유즈맵은 공급망을 따라 소통되야 하는 용도 및 용도 조건에 대한 정보 수준을 향상시켜 소통 절차의 효율을 높이고자 개발되었고, 하위사용자 협회들을 중심으로 협회 내 조화롭고 구조적인 방식으로 물질의 용도 및 용도 조건에 대해 정보를 수집함으로 생성되었다. 유즈맵에서는 산업특수 작업자노출 기술(Sector-specific Worker Exposure Descriptions, SWEDs), 특수 환경배출범주(SpERCs), 특수 소비자노출 결정자(SCEDs)란 용어를 사용하여, REACH의 CSR/ES (Chemical Safety Report/ Exposure Scenario) 로드맵 하에 “유즈맵 패키지”로 개발되었고,⁶⁶⁾ 유즈맵 패키지는 용도에 대한 일반적 서술용 템플릿과 SpERCs, SWEDs, SCEDs를 이용한 노출평가에 필요한 입력변수를 작성하는 각 템플릿의 총 4개 템플릿으로 구성되었다.⁶⁷⁾ 노출평가 시 ERC, PROC, PC를 대신하여 각 SpERCs, SWEDs, SCEDs를 사용하여 노출값을 감소하는 결과를 얻을 수 있다.

2.2. ECETOC TRA 외의 주요 Tier 1/Tier 2 인체 노출평가 툴

최근 ECETOC은 인체노출 툴 및 데이터를 공공 영역에 모아놓고 빠르게 검색할 수 있도록 human exposure assessment tools database (heatDB)를 홈페이지에 구축하였는데 관계자들의 자발적 등록을 통해 모은 자료를 구조화하고 카테고리화하여 현재 316개의 데이터 소스와 69개 노출평가 툴이 열람 가능할 뿐만 아니라 새로운 자료 및 툴의 온라인 등록도 가능하다.^68,69) REACH 이행을 위해 작업자 노출 및 소비자 노출평가 툴로 압도적으로 많이 사용되어 온 ECETOC TRA 외에 빈번히 사용되어 온 인체노출평가 툴을 Table 5에 개발 시작 연도 및 현재 버전, 개발자 및 각 특징 등을 정리하였는데^70-75) 모두 heatDB에서도 검색 가능하다.⁶⁹⁾ 노출평가의 보정 수준(refinement level)을 Tier 1 (deterministic screening level calculations), Tier 2 (refined analysis with more realistic parameters) 그리고 Tier 3 (population based and/or probabilistic assessment)로 분류하였고, heatDB에서 검색할 수 있는 제품 카테고리는 생체모니터링 데이터, 화장품, 개인 위생용품, 환경 노출, 식품, 일반(generic) 인체노출평가, 가정용품 및 그 외 소비자 제품 등이다.

Table 5 . Overview of frequently used human health assessment tools other than ECETOC TRA^62,69-81).

Tool name versions	Developer	Target/routes of exposure	Tier	Features
EMKG* 2.0	BAuA†	Workers/Inhalation	Tier 1	• Based on “Easy-to-use workplace control scheme for hazardous substances (EMKG)”/ Control banding approach • Pocket tool for quick evaluation requiring only a minimal number of input parameters still allowing quantitative exposure estimations
MEASE* Beta version (2009) 1.02.01 (2010)	EBRC on behalf of EUROMETAUX	Workers Inhalation, dermal	Tier 1	• Specially for exposure scenarios with metals and inorganic substances • Worst case approach using the PROC-specific approach of the TRA tool • Initial exposure estimates for PROCs 21-27a in MEASE based on measured data from the metals industry.
Stoffenmanager/ 1.0 (2003) 4.0 (2009) 8.3 (2020)	TNO†, Arbo Unie and Beco§	Workers/Inhalation	Tier 2	• Web-based tool (free only for “Stoffenmanager®” Basic) • Inhalation exposure to vapors, aerosols of low volatility liquids and inhalable dusts • Banding and scoring approaches • ‘Biological Agents Control Banding’ module developed recently
RISKOFDERM 2.1 (2008)	TNO, Univ. of Utrecht, Finnish Institute of Occupational Health..etc. (under EU 15th Framework Program)	Workers/Dermal	Tier 2	• 6 Dermal exposure operation units (DEO 1: filling, mixing or loading, 2: wiping, 3: dispersion hand-held tools, 4: spraying, 5: immersion/mechanical treatment) • “Reasonably worst case” assumption
ART*/ 1.0 (2010) 1.5 (2012)	HSL, BAuA, TNO, IOM, Univ. of Utrecht, NFA/NRCWE†	Workers/Inhalation	Tier 2 & Tier 3	• Free web-based tool • Exposure to inhalable dust, vapours, and mists (not calibrated for fumes, fibers, gas and dust during hot metallurgical processes) • Mechanistic model as well as the Bayesian facility
ConsExpo/ 4.1 (2005)‡ ConsExpo Web 1.0.2 (2016)	RIVM with ANSES, BfR, FOPH and Health Canada† (ConsExpo2015 project)	Consumers	Tier 1 & Tier 2	• Can be used for REACH and biocides in EU. • Default input data derived from the RIVM fact sheets in an in-program database • All the equations used are published in the ConsExpo manual.

*EMKG: Einfaches Maßnahmenkonzept Gefahrstoffe (in German), MEASE: Metals’ EASE (Estimation and Assessment of Substance Exposure), ART: Advanced Reach Tool..

^†BAuA: German Federal Institute for Occupational Safety and Health, TNO: Netherlands Organization for Applied Scientific Research, HSL: Health and Safety Laboratory in United Kingdom, IOM: Institute of Occupational Medicine in UK, NFA: National Research Centre for the Working Environment in Denmark, NRCWE: Government Research Institute under the Danish Ministry of Employment, RIVM: Dutch National Institute for Public Health and the Environment, ANSES: French Agency for Food, Environmental and Occupational Health & Safety, BfR: German Federal Institute for Risk Assessment, FOPH: Federal Office of Public Health in Switzerland..

^‡Beta version 5: Never officially released..

^§The legal owner of Stoffenmanager® is the private limited company Cosanta B.V. established by the developers in 2014..

EMKG-Expo-Tool은 작업장의 흡입 노출을 예측할 수 있는 Tier 1 툴로써 독일 BAuA (German Federal Institute for Occupational Safety and Health)에서 개발한 유해물질의 작업장 흡입 예측에 기반을 두고 있는 모델이다. REACH 의무를 수행할 수 있는 범주 내에서 control banding approach를 이용하고 있다. 최소한의 입력 변수를 사용하므로 사용하기 쉬우며 그럼에도 정량적인 노출 예측을 한다는 평가를 받고 있으며, EMKG 홈페이지에서 다운받을 수 있다.^70,71)

MEASE (Metals’ EASE)는 Eurometaux (EU association of the non-ferrous metals industry)을 대신하여 독일의 화학산업계 컨설팅 회사인 EBRC에서 EASE (Estimation and Assessment of Substance Exposure) expert system, TRA 툴, HERAG (Health Risk Assessment Guidance for metals)을 근간으로 금속과 무기물질의 흡입 노출 및 피부 노출을 예측하는 툴을 개발하였다.^72-74) TRA의 PROC 방식을 따르며, 초기 노출 예측을 저, 중, 고의 세 단계 휘산도 선택으로 할 수 있고 휘산도는 금속의 물리적 형태, 녹는 점, 공정 온도, 증기압 및 선택된 PROC에 기반한다. PROC별 초기 노출은 금속산업의 측정 자료에 근거하여 산정한다.⁷⁴⁾ 2009년 12월 베타버전 0.1.00 공표 이후, 10개 서브 버전을 거쳐 2010년 3월 v1.01을 공개했고 현재 v1.02.01 (2010년 4월)의 엑셀 기반 툴을 EBRC 홈페이지를 통해 다운받을 수 있다.^73,74)

Stoffenmanager는 웹기반의 Tier 2 작업자 흡입 노출평가 툴이며, TNO (Netherlands Organization for Applied Scientific Research)가 주도하여 2003년 개발되었고, 7,000개 이상의 실측데이터를 이용하여 검증된 정량적인 노출평가 툴이다.⁷⁵⁾ 입력된 R-phrase에 따라 각 물질에 대한 A-E의 5개 유해 밴드가 결정되고, 노출값에 따라 4단계 노출 밴드로 구성하여 두 밴드의 조합으로 3개의 위해 밴드(risk band)를 결정하는 것이 특징이다.⁷⁴⁾ 응용 영역은 휘발성 액체, 비휘발성 액체, 파우더이고, 섬유상, 가스 및 고열 공정(즉 용접/납땜)에는 적합하지 않은 단점이 있다. 버전 1.0 (2003), 3.0 및 3.5 (2008), 4.0 (2009)을 거치면서, 2014년 개발자들이 창립한 Cosanta B.V.가 온라인 툴인 Stoffenmanager의 법적 소유자가 되면서 기본 프로그램은 무료이지만 기능을 더한 프로그램은 3 단계로 유료화 하였다. 이후 사용자 피드백에 의해 기능 개선을 하였고, 유럽이 주도적인 16개 기관 회원을 가진 ISAB (International Scientific Advisory Board)에 의해 업데이트를 해와서 현재 v8.0 (2020)이다.⁷⁶⁾ 과학적 발전 및 REACH 및 GHS (Globally Harmonized System of Classification and Labelling of Chemicals) 준수, 개발된 알고리즘 툴의 반영 등을 위해 계속 기능을 확장해왔고 유럽과 네덜란드 법령의 변화에 따라 계속 업데이트되고 있다.⁷⁵⁾

RISKOFDERM은 엑셀 기반의 Tier 2 작업자 피부 노출평가 툴이며, 작업장에서 유해물질규제 법령 이행을 위하여 TNO 외 14개 기관이 참여하여 2000년 프로젝트를 시작하였고, v2.1 (2003)을 공개하였다. 5개 EU 국가의 피부 노출 데이터를 수집하는 현장 연구가 포함되어 실제 데이터 세트에 기반한 상황별 경피 노출량을 예측한다.⁷⁷⁾ Table 5에 나타낸 6개 DEO-units (Dermal Exposure Operation) 상황에 따른 작업기반(task-based) 모델이다. 예측결과는 손 또는 신체의 분당 노출량으로 표시되고, 측정된 데이터의 통계적 분석에 기반한 알고리즘을 사용한다.^74,77)

ART (Advanced Reach Tool)는 유럽의 6개 기관이 컨소시움을 이루어 개발한 작업장에서의 흡입 노출에 특화된 웹기반 툴이며 mechanistic model과 사용자의 데이터를 사용한 시설을 조합하였고 베이즈 통계학을 이용하여 정보를 통합하여 노출을 예측하는 Tier 2 및 Tier 3 툴이다.^78,79)

ConsExpo는 흡입, 피부 혹은 구두 경로를 통한 화학물질 노출(즉, 페인트, 세정제 및 개인 케어제품)을 예측하는 웹기반 툴이며, 소비자 제품의 실내 및 비전문적 사용으로부터 야기되는 노출을 예측함에 있어 스크리닝 모델 및 higher tier 모델 모두 구현한다.⁷⁴⁾ 웹버전 1.0은 2016년 10월 공개되었는데, 마지막 standalone 버전 4.1을 계승하였다.^80,81) 소비자가 소비자제품으로부터 노출되는 상황에 대한 정보는 개발된 팩트 시트가 사용되고 있고, 다수제품 카테고리에 대해 디폴트 값도 제공된다.²⁴⁾ Tier 2 노출예측 구동은 비교적 난이도가 높은 편으로 평가된다.⁷⁴⁾ 현재 v1.0.2를 다운받을 수 있고 노출계산 결과를ConsExpoWeb export 파일을 통해 CHESAR에 불러올 수 있다.

3. EU CHESAR

3.1. 개요

CHESAR는 REACH의 등록자가 CSA를 수행하여 CSR과 하위 사용자와 소통을 하기 위한 ES를 마련하는 것을 돕고자 유럽 화학물질청에서 개발한 응용 소프트웨어이며^82,83) 정보 수집 및 CSA에 관한 ECHA의 REACH 지침서(특히 R14, R15, R¹⁶⁾에^17-19) 기술된 원리를 IT 툴로 변환한 것이다.⁸²⁾ CHESAR는 IUCLID로부터 직접 물질 관련 데이터 가져오기(import), 노출 예측, 위해 관리 데모 등의 기능을 이용하여 자동적으로 CSR과 ES를 한 개의 표준서식 문서로 생성하고 사용 및 노출 정보를 IUCLID로 내보낼 수 있다(export).

IUCLID는 화학물질의 고유 성질과 유해성 특성에 대한 자료를 기록, 보관, 제출 및 교환할 수 있는 소프트웨어이며, ECHA 웹에서 무료로 다운받을 수 있다.^84,85) REACH 이행을 위하여 완전 재구성한 IUCLID 5 (2007년)를 거쳐 최신 버전은 IUCLID 6 (v7, 2023년)으로 OECD와 ECHA에서 공동 개발하였다. OECD의 조화된 템플릿의 포맷을 실행하였으며, 공통 포맷으로 화학물질 정보를 운영할 수 있는 툴 세트를 당국과 산업계에 제공하는 목적으로 v6부터 플랫폼으로 구축하여 데이터의 재이용과 교환을 촉진하고 있다. IUCLID가 1993년 European Chemicals Bureau (ECB)에 의해 첫 버전이 개발된 이후 자국의 화학물질 관련법 이행에 IUCLID를 사용하는 OECD 국가는 호주, 캐나다, EU, 뉴질랜드, 스위스, 미국, 일본 등이 있다.⁸⁶⁾

IUCLID와 CHESAR 간의 효율적 데이터 교환은 기술 서류와 CSR을 지속적으로 일치시키고, 여러 물질에 거쳐 평가 항목을 재이용할 수 있는 CHESAR의 기능을 충분히 이용하기 위해서는 산업별 협회에서는 산업에 해당하는 사용 정보와 유즈맵의 관련 사용 조건을 제공할 수 있다. 이러한 정보는 CHESAR에서 XML 교환 형식으로 생성하여 모든 등록자에게 제공함으로써 CSR 작성을 지원한다.⁸²⁾

CHESAR 1.0은 2010년 5월에 공개되었고 IUCLID 플러그인 standalone 버전이었으며,⁷⁴⁾ CHESAR 2.0 이후 웹 버전으로 개발되었다.⁸³⁾ 2014년 5월 v2.3이 공개되고, 2016년 3월 v3.0이 공개되었으며, CHESAR 3.1 (2017년 7월)~3.7.3 (2023년 1월)을 거쳐⁸⁷⁾ 최신 버전은 3.8 (2023년 6월)이며 IUCLID 최신 버전 6.7과 완전 호환된다.⁸⁸⁾ Table 6에 CHESAR 각 버전 공개 시 같이 발간한 매뉴얼 및 지침서에 밝힌 주요 특이사항을 정리하여 업데이트되어 온 방향을 살펴보았다. 툴 개발기간 동안 툴의 사양을 결정하고 툴을 시험함에 있어 산업계 대표 및 EU 회원국들로 구성된 자문 그룹이 ECHA를 지원하였다. 산업계에서 개발한 일반노출시나리오(Generic Exposure Scenarios, GES), 유즈맵, SpERC, SWED, SCED 그리고 ESCom package (exposure scenario for communication phrase catalogue 및 XML) 등이 CHESAR에 반영되었다.⁸³⁾ IUCLID와 밀접한 관계에 있는 CHESAR는 IUCLID의 업데이트 속도에 맞추어 최신 IUCLID를 사용할 수 있도록 빠르게 업데이트되어 왔고 ECETOC TRA 작업자, 소비자, 환경의 세 부분에서 v3 및 v3.1을 거치며 업데이트된 사항이 CHESAR에도 업데이트되어 왔는데(Table 6), 예로 ECHA의 CHESAR v2 개발 시에 ECETOC에서 참여하여 ECETOC TRA v3의 업데이트 내용을 반영시켰다.²³⁾ CHESAR v3은 변환하는 물질, 거동을 달리하는 다성분/가변성분 혹은 다른 유해성 프로파일을 갖는 여러 형태/성분 물질 등의 복잡한 경우의 평가도 지원한다.⁸²⁾

Table 6 . Summary of CHESAR updates for Chemical Safety Assessment (CSA) under REACH^83,87-89).

Year	Version	Updated features
2010 (May)	CHESAR 1.0	• A plug-in of stand-alone version of IUCLID 5.2 • The principles for CSA in REACH Guidance: converted into an IT application
2012 (Jun.)	CHESAR 2.0	• Web version • Reflects updates of ECETOC TRA v3 (April 2012) for both worker and consumer exposures and incorporation of SpERCs
2014 (May)	CHESAR 2.3	• Reflects updates of ECETOC TRA v3.1 (June 2014) • Consumer exposure estimations based on Specific Consumer Exposure Determinants (SCEDs)
2016 (Jun.)	CHESAR 3.0	• Adapted to the IUCLID 6 format • Supports the assessment of complex cases, such as multi-constituents or UVCBs
2016 (Nov.)	CHESAR 3.1	• Support the generation of exposure assessment inputs for workers (SWED) in CHESAR format • Exposure scenarios for communication in ESComXML format • Fully compatible only with the version of IUCLID 6
2017 (Jun.)	CHESAR 3.2	• Edit CSR in the preview of the report (on the spot)/ Editability of substance properties (3.2) • New import functionality: exposure estimations with ConsExpoWeb version 1.0.1 through a ConsExpo export file
2017 (Nov.)	CHESAR 3.3	• Compatible with IUCLID 6.2 and the IUCLID Cloud service • Improves user-friendliness of the application and the content of the reports generated • Enables use maps developers to automatically generate their use maps in agreed format, and hence support their updates
2018 (Nov.)	CHESAR 3.4 (3.4.1)	• Compatibility with IUCLID 6.3 (released on 24 October) • Improved user-friendliness/ Enhanced support for importing updated use maps
2019 (Nov.)	CHESAR 3.5	• Compatibility with IUCLID 6.4 (released on 30 October) • Possible to create of a substance directly in CHESAR and to calculate MSafe for environment
2021 (Jan.)	CHESAR 3.6	• Implements a set of harmonized conditions of use (CoU) for workers assessment: All harmonised CoU from the ECETOC TRA, ART, MEASE, Stoffenmanager and EMKG-expo-tool are available in CHESAR 3.6
2021 (Dec.)~2023 (Jan.)	CHESAR 3.7.1~3.7.3	• Resolving an security vulnerability related to XML and Enhancing the protection of users’ sensitive information • Fully compatible with the latest version of IUCLID 6.6
2023 (Jun.)	CHESAR 3.8	• Available as a desktop and a server version • Fully compatible with the latest version of IUCLID 6.7

CHESAR와 같은 원리이지만 REACH 이행을 위한 현재 기능을 가지면서 BPR 이행에도 적합하도록 활성 물질(active substance)과 제품(products) 두 가지 모두에 대해 환경 위해성 평가를 할 수 있는 툴로써 CHESAR Platform이 개발 중이며 2024년에 공개될 계획이라고 밝히고 있으며 CHESAR Platform 1.0에는 ECETOC TRA 3.2의 작업자 및 소비자뿐만 아니라 SimpleTreat 4.0을 사용하는 EUSES 2.2.0이 완전 통합될 예정이다(Table 7).⁸⁹⁾

Table 7 . Present status of USES, ECETOC TRA and CHESAR under REACH^{57,62, 83, 88, 89)}.

Tool name	Developer/year of the first and latest versions	Target	Built-in models/tools	Features
EUSES*	ECB†/ 1.0 (1994) 2.2.0 (2019)	Environment	SimpleTreat (3.1 and 4.0) SimpleBox 4.0	• Release module (22 Exposure Scenario Documents covering product types (PT) for biocides, cross-PT as well as PT specific) • Fate distribution modules- inclusion of direct release pathway as well as implementation of SimpleTreat 4.0 in addition to SimpleTreat 3.1(SimpleTreat 4.0: ideal for the exposure assessment of biocides)
ECETOC TRA*	ECETOC/ 1.0 (2004) 3.2 (2023)‡	Environment Workers Consumers	TGD-spread sheet SimpleTreat SimpleBox	• Integrated tool, Stand-alone consumer tool, Stand-alone worker tool • Most widely used human health exposure tool under REACH • Reasonable worst case approach • Refinements with SpERC, SWED and SCED§
CHESAR*	ECHA*/ 1.0 (2010) 3.8 (2023)	Environment Workers Consumers	EUSES ECETOC TRA	• To carry out CSA* and to prepare CSR* (Box 3: Exposure assessment) • Environment assessment by CHESAR Release Module and EUSES Fate Module • Worker/Consumer assessment by ECETOC TRA Workers (v3.1) and Consumers (v3.1) • Other external exposure tools such as ConsExpoWeb can be used.
CHESAR Platform║	ECHA/ 1.0/2024 (expected)	Environment Workers Consumers	EUSES 2.2.0 with SimpleTreat 4.0 (fully integrated) ECETOC TRA 3.2	• Serving both REACH and BPR* • Possible to migrate Chesar 3 to Chesar Platform • For BPR, environmental risk assessment for both active substances and products possible

*EUSES: European Union System for the Evaluation of Substances, ECETOC TRA: European Centre for Ecotoxicology and Toxicology of Chemicals Targeted Risk Assessment European Chemicals Agency, CHESAR: CHEmical Safety Assessment and Reporting tool, CSA: Chemical Safety Assessment, CSR: Chemical Safety Report, ECHA: European Chemicals Agency, BPR: Biocidal Products Regulation..

^†Co-ordinated project of ECB (European Chemicals Bureau), EU Member States and the European chemical industry..

^‡Integrated tool (v3.2), Stand-alone consumer tool (v3.1), Stand-alone worker tool (v3.2)..

^§SpERC: Specific Environmental Release Category, SWED: Sector-specific Worker Exposure Descriptions, SCED: Specific Consumer Exposure Determinants..

^║CHESAR Platform is now under development and not published..

3.2. CHESAR의 환경 및 인체 노출평가 툴 및 절차

CHESAR는 기능별 7개 박스로 구성되며, CHESAR CSA는 용도 서술, 노출평가와 위해도 평가로 이루어지는데, 박스 1 ~ 박스 5의 절차에 의해 완성된다. 박스 6은 라이브러리 기능을 담당하며, 이 모든 절차를 지원하며, 박스 7은 사용자 관리 박스이다. 노출평가는 박스 1 및 2를 작성한 후에 박스 3에서 이루어진다(Fig. 4).⁸³⁾

Figure 4. CHESAR assessment flow supported by IUCLID and built-in exposure assessment tools (Redrawn from Figures in the reference)⁸³⁾

CHESAR workflow의 주요 특징은 데이터 플로우에 IT 지원을 강화하여 효율성을 높인 것으로, 물질 정보를 IUCLID를 통해 입력하며, CSA를 마친 후의 용도 및 노출평가 결과를 다시 IUCLID에 추출하여 ECHA 데이터베이스에 축적하여 공개하고, 또한 하위사용자에 전달해야 하는 “SDS에 첨부되는 노출시나리오”를 ESCom XML 포맷으로 출력되도록 하여 수령자의 IT 시스템에서 작성을 더 진행할 수 있도록 한다(Fig. 4).⁸³⁾

CHESAR 라이브러리에는 용도 조건, SpERC, SWED, SCED 및 표준 문구가 실려 있어 노출평가 및 노출시나리오 작성을 지원한다. 이 중 용도 조건에는 1) CHESAR에 플러그인 되어 있는 ECETOC TRA (Worker) v3, ECETOC TRA (Consumer) 3.1과 EUSES, 그리고 2) ECETOC TRA 다음으로 가장 흔히 사용되는 작업자 노출평가 툴인 ART, MEASE, Stoffenmanager 및 EMKG에서 사용하는 용도 조건의 세트가 디폴트로 탑재되어 있어 노출평가를 지원한다.

유럽의 환경노출평가 툴의 근간이 되는 기본 모델은 다매체물질수지 모델인 SimpleBox와 하수처리 모델인 SimpleTreat이며 두 가지 모두 EUSES 내에 빌트인된 모델이다(Fig. 3, Table 7). SimpleBox의 첫 버전은 1993년에 공표되어 그간의 주요 업데이트를 거쳐 v4.0 (2004)은 EUSES 내의 regional distribution model에 사용되어 왔고, 유럽 CHESAR의 한 부분을 구성함으로써, 2007년 시행된 유럽 REACH 이행 체계 내에서 전국(regional) 규모의 환경농도를 예측하는 기본원리가 되고 있다.^28,30,34) 개방적이고 복잡하지 않는 스프레드시트 구조로 환경 내 화학물질의 거동 및 이에 영향을 주는 인자를 잘 이해할 수 있는 사용자 친화적인 우수한 모델로 평가되고 있고 다매체 특성을 보여주므로 REACH 이전 정책 결정이나 REACH 이행 시 유용한 툴임이 입증되어 왔다.^28,30) SimpleTreat 3.1 버전(1996)은 30년간 네덜란드 법령 그리고 이후 유럽에서 화학물질 관련 법령 이행에 사용되었고, SimpleTreat 4.0 (2014)은 SimpleTreat 3.1 (1996)로부터 업데이트되었고^34,38) 이온성 물질에 대한 신뢰도가 증가된 예측을 가능하게 한다. SimpleTreat 4.0은 3.1버전에 대한 단점을 확인한 Franco 등(2013)^39,40)의 연구에 의해 개발되었음에도 불구하고 SimpleTreat 3.1은 현재에도 법이행을 위한 목적으로 추천되는 모델이다. 이유는 유기산과 염기의 평형분배가 반영 안되었음에도 불구하고 SimpleTreat 3.1 출력을 원하는 위해성 평가자들이 존재하기 때문이며, 입력변수를 같이 사용하면서 3.1과 4.0의 선택 클릭을 통해 버전이 전환될 수 있도록 되어 있다.^36,38) 유기산과 염기의 유기탄소-물 평형상수에 대한 새 산출식이 SimpleBox 4.0에 이행되어 있고, SimpleBox 4.0과 SimpleTreat 4.0의 최신 버전 4.1. 모두 REACH 이행에 사용되는 환경 노출평가 툴 내의 이전 버전을 곧 대체한다고 전망되고 있다.⁴¹⁾

EUSES의 초기 버전은 1994년에 시작하여 4번 업데이트되었다(Fig. 1). 최신 버전인 EUSES 2.2.0 (2019)은 내재된 SimpleTreat 및 SimpleBox 그리고 모듈(effect 및 risk characterization)을 제외한 Core EUSES 모델만으로도 466개 입력변수, 파라미터 간의 961개의 연관, 132개 디폴트 값 등이 필요하고, 모델을 적합하게 가동하려면 배출 시나리오의 완전한 이해뿐만 아니라 상당량의 물질 데이터가 요구되어 숙련된 평가자만 다룰 수 있는 매우 복잡한 모델로 평가되었고, REACH 이전에는 실질적으로 광범위하고 완전한 데이터를 가진 우선 순위 물질의 평가에만 주로 사용되었다.⁴⁶⁾ EUSES는 산업용 물질과 살생물질이 인체와 환경에 야기하는 위해성 평가를 수행하고, ECHA에서는 REACH 및 BPR 두 가지 법에 더 적합하도록 CHESAR와 EUSES를 결합하여 CHESAR 플랫폼을 현재 개발 중이며, 새로이 개발되는 이 툴을 위해 이해관계자 커뮤니티를 구성하여 플랫폼의 유용성과 평가 방법론에 대한 광범위한 과학적 제안을 수집하고 논의하고 있다.⁴³⁾

ECETOC TRA 는 화학물질의 작업자, 소비자 및 환경에 노출되어 야기하는 위해성에 대해 계산하는 Tier 1 툴로, 2004년에 처음 소개된 후 ECETOC TRA 3.2가 최신 버전이다(Table 5). 현재 Integrated tool (v3.2), Stand-alone consumer tool (v3.1), Stand-alone worker tool (v3.2)로 다운받아 사용할 수 있고, Integrated tool 은 ECETOC TRA (Environment), ECETOC TRA (Worker), ECETOC TRA (Consumer)를 통합하여 한 개의 프로그램에서 환경, 작업자, 소비자 노출평가를 모두 할 수 있도록 되어 있다(Table 7).⁵⁹⁾ ECETOC TRA (Environment)와 ECETOC TRA (Consumer)의 입력변수와 출력변수를 한 눈에 파악할 수 있도록 툴을 다운받아 제시하였고(Table 2, Table 4) 이를 통해 툴의 구조에 대한 빠르고 효율적인 이해가 가능하다. ECETOC TRA 의 노출평가 시 ERC, PROC, PC를 대신하여 각각에 해당하는 유즈맵인 ERCs, SWEDs, SCEDs를 선택하여 툴 구동 결과를 보정(refinement)할 수 있도록 하였고, 동일 용도에 해당 ERC 및 SpERC를 각 적용하여 예측한 환경농도 비교 연구를 통해 SpERC 선택에 의해 노출값을 감소하는 보정 기능을 확인한 바 있다.⁵²⁾

유즈맵은 용도에 관한 정보(즉, 노출평가를 위한 입력변수)를 하위사용자가 직접 수집하여, 물질 등록 시 유즈맵을 기반으로 실질적이고 유용한 노출시나리오를 물질 공급자가 생성할 수 있게 되었다. 따라서, 공급망을 따라 조화롭고 일치된 정보의 소통이 가능하여 물질을 사용하는 회사에서 공급자로부터 받은 노출시나리오를 이행하는데 훨씬 용이하게 해주는 장점이 있다.⁶⁶⁾ 유즈맵의 사용은 노출평가 시에 RCR을 1이하로 되풀이해야 할 경우가 발생할 때 특히 역할이 매우 크며, 산업을 대변하는 각 협회의 해당 산업계의 합의를 통해 이루어 낸 것에 의미가 있다. AISE (International Association for Soaps, Detergents and Maintenance Products), EFCC (European Federation for Construction Chemicals) 등의 13개 하위사용자 산업별 협회에서 산업특성 정보를 상세히 고려하여 협회 차원에서 서로 동의하여 SWED, SpERC, SCED별로 도출된 용도 조건 및 노출평가 시의 입력변수 값을 ECHA 홈페이지의 유즈맵 라이브러리에서 통합적으로 제공하고 있으며, 협회별로 업데이트된 정보를 제공한다.⁹⁰⁾

CHESAR에 빌트인된 노출평가 툴은 ECETOC TRA 및 EUSES이며, 외부 노출평가 툴의 사용도 가능하다. 단, 외부 노출평가 툴의 결과를 불러올 수 있어 편리하게 사용할 수 있도록, 툴 소유자가 ConsExpo Web이나 Stoffenmanager처럼 CHESAR compatible format으로 제공하기를 권하고 있다(Fig. 4).⁸³⁾ CHESAR가 제공하는 작업자 및 소비자 노출 예측은 ECETOC TRA의 작업자 평가 툴(현재는 v.3.1, 2024년에는 v.3.2로 업데이트 예정)⁸⁹⁾ 및 소비자 평가 툴(v.3.1)을 이용하여 계산하고, ECETOC TRA 외에도 흔히 사용되는 작업자 노출평가 툴인 ART, MEASE, Stoffenmanager, EMKG, RISKOFDER 및 소비자 노출평가 툴인 ConsExpo Web의 개요는 Table 5를 참조하면 된다. CHESAR 1.0 부터 CHESAR 3.8 (2023)까지 13번의 업데이트가 있었는데, CHESAR의 입력/출력 및 물질 데이터/노출평가 데이터 보관에 큰 기여를 하는 IUCLID의 업데이트에 호환되기 위해서 그리고 내재된 노출평가 툴이 REACH 이행에 적합하도록 개발될 때마다 반영하였기 때문이다(Table 6). CHESAR 3.8에 이어 REACH 및 BPR 두 가지 법이행에 효율적이고 과학적인 CHESAR Platform 1.0이 곧 공개를 앞두고 있는데 ECETOC TRA 3.2의 작업자 평가뿐만 아니라 SimpleTreat 4.0을 사용하는 EUSES 2.2.0이 완전 통합될 예정이다(Table 7).⁸⁹⁾

ECETOC TRA (Worker/Consumer)뿐만 아니라 환경 노출평가 툴인 EUSES 및 ECETOC TRA (Environment)와 이 두가지 툴에 하수처리 모델로서 내재된 SimpleTreat 그리고 regional distribution 모델로서 내재된 SimpleBox는 REACH 시행보다 훨씬 앞서 존재했는데 REACH 시행과 함께 법이행 도구(regulatory tool)로 적합하도록 많은 업데이트를 해왔고, 이 들 모두를 탑재한 ECHA의 CHESAR 또한 v1.0 (2010)에서 v3.8 (2023)의 잦은 업데이트를 해왔다. 과학적 연구결과, 보정 방법 반영, 보수성 향상 및 사용자친화성 향상 등을 위해 각 툴들이 업데이트되어 왔고, CHESAR는 내재된 ECETOC TRA 및 EUSES 각 툴의 업데이트 반영은 물론 빈번히 업데이트되는 IUCLID와의 적합성, 불러오기 기능, 유즈맵 및 용도의 일치된 조건 반영, 문서의 편집기능, 사용자 개인정보 보호 기능 향상 등이 업데이트가 지속되는 사유이다. REACH와 BPR 모두에 적합하도록 CHESAR Platform 1.0이 곧 공개될 예정인데 SimpleTreat v4.0이 반영된 EUSES와 최근 업데이트된 ECETOC TRA (Worker) v3.2를 완전 반영하는 것이 핵심이다. 이러한 CHESAR를 비롯한 필수 노출평가 툴의 지속적인 업데이트 상황을 살펴볼 때, 법이행에는 규제과학(regulatory science)의 뒷받침과 이해관계자 간의 소통 및 기여가 필수적임을 알 수 있다. 툴 개발자뿐만 아니라 관계당국, 기업, 협회, 연구자 등이 함께 참여하여 툴의 완성도를 높이는데 기여하도록 장려하고 매 업데이트마다 툴을 사용하는 화학산업계 등록자들의 피드백도 함께 장려하여 반영하려는 노력을 하고 있다. 특히, 업데이트 절차와 원리를 투명하게 공개하여 업데이트 버전에 대한 검증이나 업데이트된 특이사항의 사례 연구를 가능하게 하고 있다.

본 연구는 2024년도 환경부 주관 「화학물질 안전관리 전문 인력 양성사업」의 화학물질 특성화대학원 지원 사업을 통한 성과물입니다.

No potential conflict of interest relevant to this article was reported.

김상헌(교수), 김동현(대학원생), 최은경(기술고문),

전현표(교수)