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늦은 봄철 초미세먼지 54%는 국내, 34%는 중국 영향

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2017년 07월 20일 11:00 프린트하기

[한미 공동 대기 질 연구(KORUS-AQ)]

 

국립환경과학원과 미국항공우주국(NASA)을 중심으로 한 ‘한미 공동 대기 질 연구(KORUS-AQ)’ 연구진이 19일 서울 중구 프레스센터에서 예비 종합보고서를 발표하고 있다. 왼쪽부터 배리 레퍼 NASA 본원 대기연구 임무 총괄책임자, 제임스 크로퍼드 NASA 랭글리연구센터 수석연구원, 루이자 에먼스 미국 국립대기연구센터(NCAR) 대기성분 원격탐사 및 예측단장. - 송경은 기자 kyungeun@donga.com
국립환경과학원과 미국항공우주국(NASA)을 중심으로 한 ‘한미 공동 대기 질 연구(KORUS-AQ)’ 연구진이 19일 서울 중구 프레스센터에서 예비 종합보고서를 발표하고 있다. 왼쪽부터 배리 레퍼 NASA 본원 대기연구 임무 총괄책임자, 제임스 크로퍼드 NASA 랭글리연구센터 수석연구원, 루이자 에먼스 미국 국립대기연구센터(NCAR) 대기성분 원격탐사 및 예측단장. - 송경은 기자 kyungeun@donga.com

늦은 봄철 국내 초미세먼지(PM2.5) 중 54%는 국내, 34%는 중국 영향에 의해 발생한 것으로 나타났다. 지난해 5~6월 국립환경과학원과 미국항공우주국(NASA)을 중심으로 130개 기관, 580여 명의 한미 양측 과학자들로 이뤄진 ‘한미 공동 대기 질 연구(KORUS-AQ)’ 연구진이 6주간 위성과 항공, 선박, 지상관측소 등을 총동원해 대기 질을 입체적으로 조사한 결과다(☞관련 기사: 한반도 미세먼지 측정하는 美 연구용 비행기, 본보 최초 탑승 동행기).
 
KORUS-AQ 연구진은 19일 서울 중구 프레스센터에서 이 같은 내용을 담은 예비 종합보고서를 발표했다. 이날 브리핑에는 한미 양측 주요 연구진 20여 명이 참석했다. 이번 예비 종합보고서에서는 우선 확인된 사실만 공개됐으며, 최종 종합보고서는 2019년 공개될 예정이다. 올해 말부터는 연구진의 논문 발표도 순차적으로 이뤄질 것으로 보인다.

 

 

● 광화학 반응 활발한 5~6월, 국내 발생 초미세먼지·오존 증가

 

조사 기간 동안 국내 요인으로 발생한 초미세먼지는 52% 수준으로 나타났다. 장마가 시작되기 전까지 5~6월 동안에는 기온과 습도가 높아지고 햇빛이 강해지면서 일조시수도 길어진다. 이에 따라 산림에서 배출되는 휘발성유기물질(VOCs)도 늘고, 초미세먼지와 오존을 만들어내는 광(光)화학 반응도 이른 봄철이나 겨울철에 비해 활발하게 일어난다. 박록진 서울대 지구환경과학부 교수는 “대체로 늦은 봄에는 국내 영향이 높게 나타난다”고 설명했다. 보통 중국발 미세먼지는 난방 수요가 높아지는 겨울철에 더 많다(☞관련 기사: “겨울철 미세먼지, 봄철보다 초미세먼지 비중 높아”).

 

KORUS-AQ의 총괄책임자인 제임스 크로퍼드 NASA 랭글리연구센터 수석연구원은 “국내 영향이 높은 시기임에도 조사 기간 내내 대기 질이 굉장히 나쁘게 나타났으며, 이는 국외 요인뿐만 아니라 국내 요인도 중요하게 고려해야 할 부분이라는 의미”라고 강조했다. 초미세먼지(PM2.5)의 경우, 40일 중 약 38일이 세계보건기구(WHO)의 환경기준(하루 평균 농도 25㎛/㎥ 이하)을 초과했다. 이 중에는 국내 요인만으로 WHO 환경기준을 초과하는 날도 관측됐다. 장 센터장은 “기상 조건에 따라 국내에서 대기오염물질이 중국으로 넘어가기도 하기 때문에 어느 한 쪽 탓을 하기 보다는 중국과 공동으로 연구해서 타협점을 찾는 게 중요하다고 생각한다”고 말했다.

 

국내 초미세먼지의 국내외 기여도

국가

기여도

한국(국내 요인)

52%

중국

산둥

22%

베이징

7%

상하이

5%

북한

9%

일본 등 기타

5%

자료: 한미 공동 대기 질 연구(KORUS-AQ)

 

초미세먼지 기여도가 34%인 중국에서는 산둥 지역이 22%로 가장 높았고, 베이징(7%)과 상하이(5%)도 국내 대기 질에 일부 영향을 미치는 것으로 나타났다. 장임석 국립환경과학원 대기질예보센터장은 “중국 등 국외에서 넘어오는 대기오염물질 중에는 특히 체공 시간이 긴 아황산가스(SO2)가 가장 높게 나타났다”고 밝혔다.

 

크로퍼드 연구원은 “초봄에 비해 기온이 높은 5~6월은 오존이 늘어나는 시기”라며 “초미세먼지뿐만 아니라 오존까지 포함해 종합적으로 대기 질을 관측하기 위해 이 시기에 조사를 진행했다”고 설명했다(☞관련 기사: “한반도, 초미세먼지 연구의 최적지”). 크로퍼드 연구원은 “한국에서는 하늘을 뿌옇게 흐리는 PM10(미세먼지)에 더 민감한 것 같지만, 눈에 보이지 않을 정도로 입자가 작아 인체에 더 깊숙히 침투하는 PM2.5(초미세먼지)나 오존이 더 유해하다”며 “오존에 대해서도 관심을 더 기울일 필요가 있다”고 말했다.

 

이번에 KORUS-AQ 연구진이 산정한 초미세먼지의 국내외 기여도 값은 연구진의 실제 관측 자료를 바탕으로 대기 질 예측 모델의 신뢰도를 검증한 뒤 지역별, 오염원별 배출량을 역추적해 얻은 결과다. 박 교수는 “기여도 값은 6주 간의 짧은 시간 동안 평균을 낸 것일 뿐, 기여도는 계절이나 기상 조건에 따라 천차만별이기 때문에 장기적인 관측이 필요하다”며 “가령 지난해 5월 25~27일만 계산하면 중국 영향은 60% 이상으로 치솟기도 한다”고 말했다.

 
한편 국내 초미세먼지에 대한 북한의 영향도 9%로 무시할 수 없는 수준인 것으로 나타났다. 북한에 의한 대기오염물질 중에는 유기물질이 가장 많았다. 유기물질은 국내 초미세먼지에서 가장 많은 비중을 차지하는 성분이다. 유기물질의 대부분은 유기용매 사용과 자동차 매연 등에서 주로 발생하는 휘발성유기물질(VOCs)의 산화물이다.

 

 

● 초미세먼지 75% 이상이 2차 생성… 톨루엔·암모니아, 또 다른 원인물질로 주목
  
국내 초미세먼지의 4분의 3 이상은 2차 생성에 의해 발생한 것으로 나타났다. 오염원에서 직접 배출된 유기물질이나 석탄·석유, 나무 등 탄소를 포함한 연료가 불완전 연소할 때 나오는 그을음인 ‘블랙카본’ 같은 1차 초미세먼지보다 대기 중에 오염물질이 부유하면서 다른 물질과 광화학 반응을 일으켜 생성되는 2차 초미세먼지가 3배가량 많다는 뜻이다.
 

이번 조사에서는 1차 초미세먼지와 2차 초미세먼지를 통틀어 전체의 41~45%가 유기물질 성분인 것으로 나타났다. NASA의 연구용 비행기 ‘DC-8’으로 제주도를 제외한 전국 상공에서 포집한 대기와 서울 송파구 올림픽공원, 서울 성북구 한국과학기술연구원(KIST) 등 2곳에 설치된 지상관측소에서 포집한 대기를 질량분석기로 분석한 결과다.
 

2차 생성 초미세먼지의 전구물질별 국내외 기여도

늦은 봄철 초미세먼지 54%는 국내, 34%는 중국 영향
자료: 한미 공동 대기 질 연구(KORUS-AQ)

특히 대기의 산화력이 높아져 휘발성유기물질(VOCs)의 광(光)분해가 활발해질수록, 이에 비례해 유기물질 성분의 초미세먼지 농도도 높아졌다. 대기의 산화력 즉, 광화학 반응의 정도를 가늠할 수 있는 지표는 ‘이산화질소(NO2)+오존(O3)’에서 나오는 활성산소(Ox)의 농도와 반응 결과물인 포름알데히드의 농도다. KORUS-AQ 연구진에 따르면, 수도권 상공에서 두 물질의 농도가 모두 높게 나타났다.
 
포름알데히드는 VOCs 중에서도 주로 톨루엔, 벤젠처럼 화학공업에서 유기용매로 쓰이는 방향족 유기물질이 광분해 될 때 발생한다. 장 센터장은 “측정되는 포름알데히드의 양이 많으면, 그만큼 방향족 유기물질이 초미세먼지에 많이 기여했다고 볼 수 있다”고 설명했다. 방향족 유기물질은 오존 발생에도 큰 영향을 미치는 것으로 알려졌다.
 
KORUS-AQ 연구진은 2차 초미세먼지 생성 반응의 또 다른 주범으로 암모니아(NH3)를 꼽았다. 국내 대기에서 암모늄이온(NH4+)이 다량 검출됐기 때문이다. 보통 NH4+는 NH3가 주로 자동차 배기가스에서 나오는 질소산화물(NOx)이나 석탄화력발전소에서 나오는 SO2과 반응해 각각 고체 상태의 질산염(NO3)과 황산염(SO4)이 될 때 생성된다. NO3와 SO4는 초미세먼지 성분 중 각각 16~24%와 16~19%를 차지하는 것으로 확인됐다.
 
한편 유기물질 성분의 초미세먼지를 생성하는 VOCs가 산림과 도시 배출을 통틀어 200여 가지에 이르는 것을 고려하면,  단일 성분 중에서 2차 초미세먼지 생성에 가장 큰 영향을 미치는 NOx다. 크로퍼드 연구원은 “NOx와 VOCs의 배출량을 줄이면, 한국의 대기 질을 효과적으로 개선할 수 있을 것으로 보인다”고 조언했다. 

 

☞관련 기사: [프리미엄 리포트] 서해 화력발전소·서울발 초미세먼지 전국으로 퍼져

 

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