전 세계 의약품 시장은 17년 약 1.1조 달러 규모를 기록하였으며, 22년 1.4조 달러 규모로 성장할 전망이다. 세계 반도체 시장 규모의 약 3배에 달하는 큰 시장으로 중요도가 높아지고 있다. 제약산업의 경제적 규모가 커짐에 따라 국내 고용인원이 증가하고 있으며 사고도 증가하고 있다. 최근 6년간 1019건의 사고가 발생하였으며 사고의 발생형태는 끼임 371건, 넘어짐 137건, 업무상 질병 90건, 절단 63건이었으며 폭발, 화학물질 누출 등과 같이 화학물질 관련 사고들도 총 43건 발생하였다. 특히, 제약산업 중 원료의약품(API)공정은 회분식 반응기와 다양한 용매를 사용하고 화학물질 합성을 진행하기에 중대산업사고를 유발할 수 있다. 이러한 용매로 유발되는 사고는 큰 피해를 초래할 수 있어 기업은 위험성을 감소하려는 노력이 필요하다.
본 연구에서는 원료의약품(API)공정에 대해 정성적 위험성 평가(HAZOP)를 수행하고 도출된 위험성을 감소하기 위해 근본적인 원인인 용매의 변경을 연구한다. 용매변경에 대한 사례 연구는 국내, 국외 제약산업의 용매 가이드와 규제, 논문을 활용하여 문헌 연구를 수행하였다. 연구 케이스로 사고 시나리오와 위험도 높은 용매 물질을 선정하고 위험도 낮은 용매 물질로 대체연구를 진행한다. 용매로 인한 화학사고 발생 시의 피해범위는 정량적 위험성 평가인 사고결과분석(CA)으로 진행하였다. 미국환경청의 ALOHA를 활용하였으며 산정된 영향범위는 재해손실비용으로 수치화하였다. 제약산업의 특성상 용매가 변경될 시 제품 수득율에 영향을 미치며 이는 기업의 경제적 이익으로 직결된다. 최종적으로 안전과 경제성을 고려하는 비용·편익분석을 수행하여 B(편익)-C(비용) > 0이면 용매변경이 합리적이라고 판단한다.

HAZOP을 수행한 결과, 가장 높은 강도(8)는 위험요인 302개 중에서 37개이며 용매 화재폭발 22건, 용매 독성 11건, 분진폭발 4건으로 모두 용매와 관련된다. 고위험성 용매를 저위험성 용매로 변경 시에는 공정의 전반적인 위험성을 낮출 수 있다고 판단하였다.
용매변경에 대한 연구는 벤젠과 톨루엔을 첫 번째 연구스터디로 진행하였다. 벤젠과 톨루엔의 액면화재 위험성은 벤젠이 높았다. 비용·편익분석에서 재해손실비용은 동일하지만 용매의 가격이 벤젠보다 톨루엔이 상대적으로 저렴하며 제품 수득률도 벤젠보다 높아 톨루엔이 경제적으로 더 나은 용매로 판정되었다. 독성노출에서도 위험성은 벤젠이 높았다. 독성노출의 비용·편익분석결과 벤젠을 톨루엔으로 대체하면 B(편익)-C(비용)=1,055,787,305원이며 안전과 경제성을 고려했을 때 톨루엔을 사용하는 것이 합리적이라고 판단된다.
두 번째 연구스터디인 메탄올과 에탄올에서는 액면화재와 독성노출의 위험성 결과가 다른데 액면화재의 영향 범위는 에탄올이 높았으며 독성노출의 영향 범위는 메탄올이 높았다. 액면화재의 비용·편익분석에서는 에탄올을 메탄올로 변경하였을 때 B(편익)-C(비용)=123,047,023원이다.
독성노출의 비용·편익분석의 경우, 수득률은 메탄올이 높으나 손실비용은 메탄올이 에탄올보다 크기 때문에 메탄올을 에탄올로 변경하였을 때 B(편익)-C(비용)=2,077,565,192원이다. 두 가지 시나리오를 고려하면 메탄올과 에탄올의 액면화재에서 영향범위 차이보다 독성노출에서 영향범위 차이가 상대적으로 크다. 또한, 제약산업 특성상 메탄올이 의약품에 잔류할 경우 인체에 치명적일 수 있어 메탄올보다 에탄올을 사용하는 것을 권고한다.
본 연구에서는 용매변경을 검토하고 안전과 경제성을 고려하는 비용·편익분석을 제시하였다. 제약산업뿐만 아니라 다수의 산업에서 화학물질 용매를 사용하고 있다. 고위험성 용매를 저위험성 용매로 변경하는 본질 안전에 관한 연구로서 화학물질로 인한 중대산업 사고예방에 기여하기를 바란다.

The global pharmaceutical market has recorded about $1.1 trillion in 17 years and is expected to grow to $1.4 trillion in 22 years. It is becoming more important as it is a large market that is about three times the size of the global semiconductor market. With the growing economic size of the pharmaceutical industry, the number of employees in the country is increasing and accidents are increasing. Over the past six years, 1,019 accidents have occurred, 371 cases of entrapment, 137 cases of falls, 90 cases of occupational diseases, 63 cases of amputation, and a total of 43 cases of chemical-related accidents, such as explosions and chemical leaks. In particular, the raw material drug (API) process among the pharmaceutical industry can cause serious industrial accidents as it uses ash reactors and various solvents and proceeds with chemical synthesis. Accidents caused by these solvents can cause great damage, requiring companies to make efforts to reduce risk.
In this study, qualitative risk assessment (HAZOP) is carried out on the raw material drug (API) process and changes in solvents, which are fundamental causes, are studied to reduce the risks derived. A case study on solvent modification was conducted by utilizing solvent guides, regulations and papers of domestic and foreign pharmaceutical industries. Select accident scenarios and high-risk solvent materials as research cases and conduct alternative studies with low-risk solvent materials. The scope of damage caused by chemical accidents caused by solvents was conducted by the accident result analysis (CA), which is a quantitative risk assessment. ALOHA of the U.S. Environment Agency was used and the calculated impact range was quantified as disaster loss costs. Due to the nature of the pharmaceutical industry, changes in solvents affect product acquisition rates, which directly lead to the economic benefits of the company. Finally, a cost/benefit analysis considering safety and economic feasibility is performed to determine that the change in solvent is reasonable if B (benefit)-C (cost) > 0.

As a result of HAZOP implementation, the highest intensity (8) is 37 of the 302 risk factors, all related to solvents with 22 solvent fire explosions, 11 solvent toxicity and 4 dust explosions. It was determined that changing high-risk solvents to low-risk solvents would reduce the overall risk of the process.
The study of solvent modification led to the first study of benzene and toluene. The risk of face-to-face fires in benzene and toluene was high. In the cost and benefit analysis, toluene was judged to be a better solution economically because the cost of the accident loss is the same but the price of the solvent is relatively lower than benzene and the product acquisition rate is higher than benzene. The risk of benzene was also high in toxic exposure. According to the cost and benefit analysis of toxic exposure, B (benefit)-C (cost) = 1,055,787,305 won if benzene is replaced by toluene, and it is reasonable to use toluene considering safety and economic feasibility.
In the second study, methanol and ethanol, the risk results of face-to-face fire and toxic exposure were different, with high levels of ethanol and high ranges of effects of toxic exposure. In the cost-benefit analysis of face-to-face fires, B (benefit)-C (cost) = CU123,047,023 when ethanol is changed to methanol.
For the cost-benefit analysis of toxic exposure, the acquisition rate is higher than methanol but the cost of loss is greater than ethanol, so B (benefit)-C (cost)=2,077,565,192 when methanol is changed to ethanol. Considering the two scenarios, the difference in the extent of influence in toxic exposure is relatively greater than in the face-to-face fire of methanol and ethanol. In addition, due to the nature of the pharmaceutical industry, it is recommended to use ethanol rather than methanol as it can be fatal to the human body if it remains in the drug.
In this study, cost and benefit analysis was presented to review solvent changes and to consider safety and economic feasibility. Many industries, as well as the pharmaceutical industry, use chemical solvents. It is hoped that it will contribute to the prevention of serious industrial accidents caused by chemicals as a study on the essential safety of changing high-risk solvents to low-risk solvents.