[특별기고]

미세먼지에 대한 과학적 고찰

파이낸셜뉴스 입력 :2019.04.14 17:34 수정 : 2019.04.14 20:24
미세먼지 원인에 대해 화학자 입장에서 고찰을 해보자. 미세먼지는 질산이온, 황산이온, 암모늄이온, 탄소, 중금속 등이 주성분이다. 이 중 질소산화물, 황산화물은 화력발전소, 산업단지, 자동차 배기가스에서 주로 배출된다.

이들 질산 및 황산 이온 성분 중량은 다른 미세먼지보다 월등히 높다. 이런 이유로 황산, 질산이온의 발생원인인 질소산화물, 황산화물 기체가 미세먼지의 주범으로 지목되고 있다.

그러나 미세먼지 성분 비율을 중량이 아닌 이온의 수로 환산하면 암모늄이온이 황산·질산 이온보다 훨씬 많다는 것을 알 수 있다.

결국 질소산화물, 황산화물뿐만 아니라 암모늄이온의 형성 원인인 암모니아도 미세먼지 형성에 중요한 역할을 함을 알 수 있다.

많은 자료에서 질산염, 황산염에만 주목하고 있으나 사실 이 염화합물의 대부분은 질산암모늄, 황산암모늄이라는 점을 고려하면 미세먼지 저감정책에서는 질소산화물, 황산화물과 더불어 암모니아 배출 저감에도 관심을 기울여야 한다는 분석이 나온다. 질소산화물이나 황산화물이 미세먼지 형성에 기여하는 속도가 암모니아가 있을 때 훨씬 높을 수 있다는 것이다. 암모니아는 일반적으로 축산농가에서 많이 배출된다고 알려져 있는데 하천, 음식물쓰레기 등에서도 배출돼 대도시에서도 높은 농도를 나타낼 수 있다. 또한 질소산화물이 없는 상태에서는 암모니아가 오존과 반응해서 질산암모늄을 형성할 수도 있음을 감안한다면 오존의 미세먼지 형성에 대한 영향도 고려해야 할 부분이다.

미세먼지 구조는 탄소입자가 중심을 이루고 있고 그 주변에 질산, 황산암모늄, 중금속 이온들이 붙어있는 형태임이 밝혀진 바 있다. 특히 탄소가 미세먼지의 중심을 이루고 있다는 점을 주목할 필요가 있다.

일부 대기학자의 연구 결과에 따르면 탄소덩어리 표면에 질소산화물, 황산화물, 암모니아, 오존이 흡착 및 반응해 미세먼지 입자 크기를 증가시킨다. 이는 탄소덩어리가 애초에 존재하지 않는다면 질산암모늄, 황산암모늄 등이 대기 중에서 형성되는 속도가 훨씬 느려질 것이라는 것을 의미한다. 이런 탄소덩어리는 일차적으로 화력발전소, 자동차 등에서 배출되기도 하지만 대기 중의 유기화합물, 질소산화물의 광화학적 반응에 의해 형성되기도 하고 이를 이차유기에어로졸이라고 한다.

종합해보면 미세먼지 저감을 위해선 미세먼지 형성 메커니즘에 대한 규명과 더불어 암모니아, 질소산화물, 황산화물, 휘발성유기화합물 등을 동시에 저감하는 노력이 필요하다.

경유차 억제정책은 질소산화물 생성 억제를 통해 미세먼지를 줄여보자는 것인데 특정 오염성분만 집중적으로 저감하는 시도는 미세먼지 저감에 큰 도움이 되지 않을 가능성이 있다.

미세먼지 저감 신기술도 주목받고 있다.
그중 광촉매 기술은 이미 독일 등의 국가에서 대기 환경오염을 저감시키는 기술로 주목받고 있다. 광촉매는 휘발성유기화합물을 인체에 무해한 이산화탄소와 수증기로 전환시키기도 한다. 다만 유해물질을 부산물로 생성할 수도 있어 이에 대한 과학적 검증이 필요하다.

김영독 성균관대 화학과 교수
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