中미세먼지+韓배기가스= '수도권 고농도 초미세먼지'

초미세먼지 농도가 '나쁨' 단계인 12일 서울 남산에서 바라본 도심이 미세먼지에 싸여 있다./강진형 기자aymsdream@

[아시아경제 황준호 기자] 수도권의 초미세먼지 농도가 유달리 높은 이유가 밝혀졌다. 중국발 미세먼지가 국내에서 발생되는 자동차 배기가스 등 미세먼지와 만나, 화학작용을 통해 초미세먼지의 농도를 증가시킨다는 연구 결과가 나온 것이다. 질소산화물 배출 저감을 통해 초미세먼지의 농도를 떨어뜨릴 수 있다는 전망이 제기된다.

김진영 한국과학기술연구원 환경복지연구센터 박사의 연구팀은 이같은 내용의 연구 결과를 최근 대기과학 분야 국제 학술지(Atmospheric Chemistry and Physics)에 실었다고 27일 밝혔다.

촉촉한 중국 미세먼지, 국내 배기가스와 만나 초미세먼지 확대

국내 대기 정체 조건에서 국외 미세먼지의 장거리 유입과 국내 배출 전구물질 축적의 복합상승효과에 의한 수도권 고농도 미세먼지 발생하는 과정을 나타낸 모식도다.

연구팀은 중국의 미세먼지 농도보다 우리나라 수도권에서 발생하는 초미세먼지의 농도가 높은 이유를 밝혀냈다. 우리나라 수도권에서는 겨울과 봄에 걸쳐 고농도 초미세먼지 발생 현상이 나타나는데, 이에 대한 원인을 미세먼지의 열역학적 특성을 분석해 규명한 것이다.

연구팀은 측정일 별 초미세먼지(PM2.5) 농도를 '해외 유입', '국내 대기 정체', '해외 유입+국내 대기 정체' 등 조건으로 구분해 분석했다.

이 결과, 해외 미세먼지의 유입이 없는 대기 정체 조건에서는 34μg(마이크로미터)/㎥였던 초미세먼지 농도가 중국발 미세먼지가 유입될 경우 53μg/㎥로 높아졌다. 거기에 국내 대기까지 정체될 경우 72μg/㎥으로 가장 높은 농도를 나타냈다. 또 중국발 미세먼지의 유입이 있는 경우는 그렇지 않은 경우에 비해 초미세먼지 내의 황산염, 질산염, 암모늄 등의 2차 생성 오염물질 성분과 수분이 풍부한 것을 확인했다.

황산염, 질산염 등은 습기를 빨아들이는 능력이 강하다. 이에 따라 입자 내의 수분을 늘린다. 수분이 많은 미세먼지는 수도권에 유입돼, 자동차 배기가스 등에서 발생하는 질소산화물과 접촉한다. 이는 다시 입자 내 질산염을 추가적으로 생성시킨다. 질산염과 수분의 결합이 되풀이 되면서 미세먼지 농도가 계속 올라가게 되는 것이다.

초미세먼지는 공기역학적 직경이 2.5 μg 이하인 입자상물질이다. 탄소 성분(유기 탄소, 원소 탄소), 무기 이온 성분(황산염, 질산염, 암모늄) 등으로 구성된 고체 또는 액체 입자의 혼합물로 나타난다.

배기가스 줄여야 산다

국내 대기 정체(S)와 환기(V), 국외 미세먼지 장거리 유입(T)과 무유입(nT) 조건에서 대기 중 질소산화물(NO2) 농도와 PM2.5 질산염(NO3-) 성분 사이의 관계(우)를 분석한 결과다.

연구팀은 우리나라의 질소산화물 저감이 고농도 초미세먼지 발생을 줄일 것으로 예상했다.

질소산화물이 미세먼지 내 수분과 만나, 질산염으로 전환되는 것을 막기 위해 대기 중 풍부한 암모니아를 줄이거나 질소산화물을 줄여야 한다. 하지만 암모니아를 줄이게 되면 과정상 초미세먼지 입자가 산성화 될 수 있어 인체 위해성이 오히려 높아진다. 따라서 연구팀은 배기가스 저감 정책 등을 통해 대기 중 질산 성분을 줄이는 방법이 가장 효과적인 해결책이 될 것이라고 예상했다.

김진영 박사는 "이번 연구를 통해 중국발 미세먼지가 국내 자동차 및 산업시설에서 배출되는 질소산화물과 함께 수도권 초미세먼지 농도를 증가시키는 복합적인 기작을 구체적으로 밝힐 수 있었다"며 "이 연구가 향후 더욱 효과적인 수도권 초미세먼지 관리 정책에 대한 밑거름이 되기를 바란다"고 밝혔다.

황준호 기자 rephwang@asiae.co.kr