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연구보고서

서울의 휘발성유기화합물(VOC) 특성과 배출원 분석

등록일: 
2023.09.15
조회수: 
849
저자: 
최유진, 백종락, 김정아
부서명: 
도시인프라계획센터
분량/크기: 
121Page
발간유형: 
기초
과제코드: 
2022-BR-31
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겨울의 미세먼지, 여름의 오존 고농도 개선 위해
계절별 VOC 배출원 분석 통해 관리 방향 설정

서울의 초미세먼지·오존 문제 개선하려면 휘발성유기화합물 배출관리도 중요해

초미세먼지가 서울시 대기오염의 주요 문제로 떠오르면서, 서울의 대기오염물질 관리는 미세먼지 직접 배출원과 질소산화물(NOx) 배출원에 집중됐다. 그 결과, 서울의 초미세먼지 농도가 개선되는 성과는 있었지만, 런던, 도쿄, 뉴욕 등 해외 대도시와 비교하면 여전히 추가적인 노력이 필요한 상황이다. 
최근 국내외 연구에서는 겨울철 동북아 도시지역 초미세먼지의 추가적인 개선을 위해서 그동안 관리가 미흡했던 휘발성유기화합물(VOC) 배출관리가 필요함을 강조하고 있다. 겨울철 VOC는 대기의 산화력에 영향을 미쳐 질산염 등 2차 미세먼지 생성을 강화하기도 하고, 2차 생성 유기물질(Secondary Organic Aerosol: SOA)의 전구물질로 작용해 초미세먼지 농도 증가에 기여한다. 여름철에는 VOC와 NOx가 광화학 반응해 생성되는 오존이 문제가 된다. 오존은 초미세먼지, 이산화질소 등 다른 기준성 대기오염물질과 달리 서울을 포함한 국내에서 증가 경향을 보여 초미세먼지와 함께 주요 관리 대상이다. VOC 배출관리가 서울의 오존 농도 개선을 위해 필요하다는 의견은 꾸준히 제기돼 왔다. 

겨울 미세먼지, 여름 오존 개선 위해 관측자료 기반 계절별 VOC 배출원 파악해야

VOC는 단일성분이 아니고 상온, 상압에서 기체 상태로 존재하는 유기성 물질을 총칭하므로 그 성분과 배출원이 다양하다. 일부 VOC 성분 및 배출원은 온도에 영향을 받아 계절별 배출 수준이 다를 수 있다. 겨울의 미세먼지, 여름의 오존 개선을 목표로 한다면 계절별 주요 VOC 배출원 파악이 우선돼야 한다.
대기오염물질의 배출원은 주로 국가의 대기정책지원시스템(CAPSS)에서 제공하는 공식 배출량 자료를 이용해 파악된다. 배출원별 배출량은 각 배출원의 활동도 자료와 배출계수로 산정된다. 배출량 산정 결과의 불확도가 상대적으로 높은 대기오염물질 중 하나가 VOC이다. VOC는 특정 배출구가 없이 배출되는 비산배출 특성이 강하고, 소규모 배출원도 많아 누락 배출원의 존재 가능성이 큰 것이 불확도를 높이는 원인 중 하나다. 이처럼 불확도가 큰 것으로 알려진 배출량 자료(CAPSS)로만 VOC 배출원을 파악해 관리하는 방식의 한계를 고려하면, 관측자료 기반의 배출원 추정방식도 활용할 필요가 있다. 

VOC 배출원 분석의 90%, PMF 수용모델 이용…최근 개선된 방식 검토 필요해

최근 VOC 배출원 정량분석 연구의 약 90%가 PMF 수용모델을 이용한 것으로 조사됐다. 수용모델의 대전제는 각 배출원의 화학적 지문(source profile)이 배출지점에서 수용지점으로 이동하면서 보전되는 것이다. 즉 배출원에서 성분 농도가 관측지점까지 이동 과정에서 어떤 변화(반응 및 확산에 의한 제거, 생성 등) 없이 유지됨을 의미한다. 하지만 일부 VOC 성분들은 반응성이 커서 배출원에서 관측지점까지 이동 과정에서 화학반응으로 손실될 가능성이 있고, 풍속, 혼합고 등 기상인자 변화에 따른 대기확산으로 오염물질이 농축되거나 희석되어 실제 배출원에서의 농도가 변화될 가능성도 있다. 즉 화학반응과 대기확산으로 배출원에서의 초기 농도가 변화될 가능성을 고려하지 않고 관측 농도로 얻어진 수용모델 결과는 배출원의 실제 영향을 과소 또는 과대평가할 가능성이 있다는 것이다. 
최근 연구에서는 VOC 성분의 초기 농도(화학반응을 거치지 않은 농도)가 관측 농도보다 1~2.5배 높다는 결과나 초기 농도의 35% 정도가 광화학반응으로 손실된다는 결과 등이 보고되고 있다. 이러한 수용모델의 한계를 고려한 PMF 모델 절차를 개선한 사례들이 늘고 있어, 국내에서도 VOC 배출원 분석에 개선된 방식 적용을 검토할 필요가 있어 보인다.

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