고농도 미세먼지 빈번 발생으로 국민적 관심과 우려 증가. 시도별 미세먼지 및 전구물질 서로 다른 특성이 보이며, 배출 특성에 기반한 ‘지역별 맞춤형 대응’ 마련 필요. 특히 도심 내 소규모 대기배출 사업장 주변에 일부 휘발성유기화합물 관측됨에 따라 배출원 관점의 집중관리 및 체계적 전략이 마련 되어야
미세먼지는 대기 중 존재하는 입자상 물질로 전국적으로 고농도 미세먼지 현상의 빈번한 발생으로 시민건강 위협 우려
미세먼지(PM10), 초미세먼지(PM2.5)는 대기 중 존재하는 입자상 물질로, 발생원으로부터 직접 배출되는 1차 미세먼지와 질소산화물(NOx), 휘발성유기화합물(VOCs), 블랙카본(BC) 등을 전구물질로 하여 대기 중 화학반응 거치며 형성되는 2차 미세먼지로 구분된다. (초)미세먼지는 그 크기가 매우 작기 때문에 대기 중에 머물러 있다 호흡기를 거쳐 폐 등에 침투하거나 혈관을 따라 체내로 이동하여 들어감으로써 인체 유해성에 미치는 영향이 크고, 2013년에는 세계보건기구(WHO) 산하의 국제암연구소(IARC)에서 미세먼지를 사람에게 발암이 확인된 1군 발암물질(Group 1)로 지정하였다. 이처럼 미세먼지 이슈는 환경문제를 넘어 사회적 문제로 인식되고 있으며, 미세먼지에 대한 국민들의 관심과 불안이 증대됨에 따라 우리나라도 2015년 PM2.5를 대기환경 물질로 지정 및 기준을 설정하였고, 미세먼지로 인한 국민건강 피해를 최소화 하기 위해 미세먼지 예보제를 실시, 주의보·경보를 발령하고 있다. 2015년부터 2019년까지 전국 (초)미세먼지 주의보 발령현황을 살펴보면 2016년, 2017년에 발령횟수가 약간 감소하는 추세를 보였으나 2018년, 2019년에는 큰 폭으로 증가한 것을 확인할 수 있다. 2015년에 비해 2019년에 미세먼지 주의보 발령횟수는 약 1.4배, 초미세먼지 주의보 발령횟수는 약 3.4배 증가하였다.
미세먼지 특성을 고려하여 국내외 고농도 미세먼지 발생 원인의 종합적 파악이 필요하며, 국내 배출 저감을 위한 지역간 공동 연구체제 마련 필요
고농도 미세먼지의 발생은 국외에서 유입되는 미세먼지와 국내에서 자체 배출되는 미세먼지의 영향이 복합적으로 작용한다. 국외 유입의 경우 특히 주변국 미세먼지가 국내 대기질 및 미세먼지 농도 증가에 미치는 영향분석과 관련된 연구가 수행된 바 있으며, 전 지구적 차원에서의 고농도 미세먼지 문제 해결을 위해서는 주변국과의 대기질 정보 공유, 미세먼지 관련 기술 교류, 대기 분야 연구 협력 등의 공동 대응 노력이 필요하다.
현재 국내 차원에서는 미세먼지 고농도 현상을 이해하고 원인을 파악하여 문제를 해결하기 위한 연구가 일부 존재하지만, 단기적인 고농도 사례 발생에 대한 유형분석 및 발생기작 규명 관련 연구가 주를 이루고 있다. 미세먼지 문제 해결을 위해 국내 각 지자체 및 연구 기관에서 미세먼지 발생 주요 원인과 관련된 다양한 저감 사업 시행, 저감 기술 개발, 미세먼지 개선을 위한 연구가 다양하게 수행되고 있으나, 국가 단위 및 국가 차원에서 고농도 미세먼지 해결 방향을 설정하기 위해서는 각 지자체·지역 특성을 고려한 기술개발 및 정책지원을 포괄하고 지역 현실을 적극 반영한 전국 단위의 종합적인 대응 노력이 필요하다.
서울-경기-충남 협력 연구 진행 결과, 지역별 고유 특성에 따라 전체 대기오염물질 성분의 구성 비율이 다르며, 미세먼지 고농도 발생 시 PM2.5 성분 조성에도 차이가 존재
본 연구를 추진하기 위해 국내 지역 간 대기환경 관련 구축 정보 및 연구 교류, 지역별 대기질 현황을 종합적으로 고려한 고농도 미세먼지 대응 방향 설정을 목표로 서울-경기-충남 3개 지역으로 이루어진 연구 협의체를 구성하였으며, 지역별 주요 대기오염물질 배출량 특성을 고려한 대기환경 대응 기술 및 저감 사업을 확인하고, 지역별 대기오염 배출 특성을 비교하였다. 2018년 CAPSS 자료 기준 대기오염물질 배출량 확인 결과, 전국 배출량 1위의 경기도는 6.5×105 ton/년, 전국 배출량 2위인 충청남도는 2018년 4.6×105 ton/년, 서울은 2.6×105 ton/년을 기록했다. 총 대기오염물질 배출량 중 각 개별물질 구성 비율에는 지역별 특성에 따른 차이가 나타났다. 소형 사업자들과 다수 중소형 산업단지를 많이 보유하고 있는 경기도의 경우 VOCs(29.4%) > NOx(27.5%) > CO(21.1%) > TSP(8.1%)로 나타났으며, 충청도의 경우 NOx(23.5%) > VOCs(17.1%) > SOx(15.3%) > CO(14.3%)로 높은 비율을 나타냈는데, 이는 국내 3대 석유화학단지의 한곳과 전국 석탄화력발전소의 약 50%가 충청도에 위치하고 있기 때문에 이의 영향인 것으로 간주된다. 서울의 경우에는 NOx(34.4%) > VOCs(28.2%) > CO(23.0%) > TSP(6.2%)를 나타냈는데, 이는 서울시의 주요 배출원인 이동오염원(자동차)과 도심 곳곳에 분포되어있는 소형사업장의 영향으로 판단된다.
서울-경기-충남 3개 지역에서 미세먼지 고농도 현상이 동시에 나타난 일자를 중심으로, 고농도 발생 시 PM2.5의 개별 성분 구성을 분석하였다. 미세먼지의 조성은 탄소성분(유기탄소, 원소탄소), 이온성분(황산염, 질산염, 암모늄), 광물성분 등으로 매우 다양한데, 조성 비율을 분석해보면 미세먼지 조성 과정에 어떤 영향이 크게 기인했는지 판단할 수 있다. 3개 지역 모두 고농도 미세먼지 발생시 PM2.5 내 화학적 구성은 이온 성분이 22.3~69.7%를 차지하며, OC 6.7~33.6%, EC 0.9~8.5%, 금속성분 4.6~16.7%로 나타났다. 경기도의 경우 산업단지에서 배출된 오염물질의 영향으로 중금속 비중이 다른 지자체보다 높게 나타나는 특성을 보였으며, 충청도의 경우에는 농촌지역의 노천소각 등으로 인해 발생되는 유기탄소(OC)의 비중이 높게 나타나는 특성을 보였다. 이처럼 지역별 특성에 따라 PM2.5의 조성성분이 달라질 수 있고, 이에 따른 개별적 개선대책이 마련되어야 한다.
지역별 미세먼지 발생에 기여하는 주요 산업 및 원인이 다를 수 있으며, 발생원 종류에 따라 생성된 오염물질의 특성이 달라 관리도 차별적으로 이루어져야 함
3개 지역별 대기질에 영향을 미치는 대표 소형사업장을 선정하여 이동식 대기오염물질 관측 차량을 이용한 이동·고정 측정을 진행하고, 소형사업장 배출시설의 대기오염물질 배출 특성과 미세먼지 전구물질이 되는 주요 VOCs를 집중 분석하였다. 서울시의 경우 도심 내 소형사업장 밀집지역의 대표로 중구 인쇄소 밀집 거리를 선정하였고, 경기도의 경우에도 산업단지 중 인쇄 관련 서비스업, 출판 유통 관련 업체가 밀집 되어있는 파주출판도시를 연구대상으로 선정하였다. 서울시 중구 인쇄거리 이동측정 결과 톨루엔, 메탄올, 아세톤, 자일렌이 인쇄업 배출 주요 VOCs 물질로 확인되었으며, 경기도 파주출판도시의 경우에는 톨루엔, 메틸 알코올, 아세톤, 메틸 에틸 케톤, 이소프로필 알코올 순으로 농도가 높게 검출되었다. 두 지역의 인쇄소 주변 이동관측 결과 톨루엔, 아세톤 등이 공통적으로 검출되었으며, 인쇄 공정에서 발생하는 톨루엔의 경우 WHO에서 발암물질로 지정한 물질에도 해당되어 저감 혹은 제거를 위한 각별한 관리가 필요할 것으로 보인다. 충청도의 경우 소형사업장 중 기타 제조시설을 제외하고 도장시설이 가장 높은 비중을 차지하여 도장시설을 대상으로 주요 배출물질을 조사하였다. 도장시설 주변 이동관측을 통해 측정된 물질을 살펴본 결과 아세톤, 메탄올, 케텐, 아세트산이 주요 VOCs 물질로 검출되었다. 이처럼 지역별 특성에 따라 소형 사업장이 밀집되어 있는 시군 또는 구가 존재하며, 소형사업장 종류에 따라 배출되는 주요 개별 VOCs 화학종도 달라진다. 따라서 지역별 특성을 기반으로 배출원의 자세한 현황 파악 및 배출특성이 구체적으로 조사되어야 하며 특성에 맞는 관리대책 마련도 함께 이루어져야 한다. 또한 배출원 인근에 주거지역이 혼재되어 있어 대기오염 영향을 장기적ᐧ직접적으로 받을 수 있기 때문에 주거지역 대기오염 확산을 최소화하는 방안이 마련되어야 한다.
서울시는 도심내 미세먼지 및 전구물질의 원인이 되는 이동오염원, 소형사업장 의 관리, 대기오염물질(1차, 2차 생성 미세먼지) 통합관리 노력이 필요하며, 미세먼지 배출원 인근 영향권역 관리와 기상 현상 분석 및 예측을 통한 대응방안 마련 필요
서울시 발생 미세먼지의 경우 이동오염원(자동차), 도로재비산먼지, 소형 사업장에서 비산·배출되는 미세먼지가 전체 배출량에서 높은 비중을 차지하고 있기 때문에 이와 같은 주요 발생원에 대한 집중 관리가 필요하며, 따라서 서울시 수송·생활 부문 발생원의 특성을 고려한 맞춤 대책이 필요하다. 2018년 CAPSS 자료를 확인해보면, 서울시 대기오염물질 배출량 중 2차 생성 미세먼지의 전구물질에 해당하는 NOx, VOCs, SOx의 간접배출이 전체 대기오염물질 배출량의 약 60% 이상을 차지하였다. 특히 NOx와 VOCs의 경우에는 미세먼지 전구물질 뿐만 아니라 오존 생성 기여물질에도 해당되어 관리의 필요성이 높다. 각 오염물질 별 서울시 주요 배출원에 대한 관리방안 마련과 함께 1차, 2차 생성 미세먼지를 고려한 대기오염물질(NOx, VOCs, SOx 등)의 통합적 관리가 필요하다. 국내 미세먼지 농도 증가 및 고농도 미세먼지 현상 등은 국외로부터의 지속적인 미세먼지 유입, 기상·기후영향 이외에도 국내 미세먼지 발생에 기여하는 복합요인뿐만 아니라 국내 발생 오염물질이 대기정체로 인해 고농도 미세먼지 현상을 만들어 내기도 한다. 따라서 국외 유입에 대한 대응, 국내 발생에 대응을 적절히 활용해야하며, 기상현상 분석 및 예측을 통한 대응방안 모색이 마련되어야 할 것이다.
국내 미세먼지 관련 현안 해결 및 대응책을 마련하기 위해서는 지역 단위의 미세먼지 발생원인 및 특성 분석, 문제점 및 해결책 도출, 공동 대응 방안 마련 및 공유를 포함한 포괄적 관점에서의 대책 마련이 중요하다. 또한 지역별 미세먼지와 미세먼지 전구물질의 발생 특성 분석, 고농도 미세먼지 대응을 위한 공동 연구과제 수행과 협력체계를 갖추는 것이 필요하며, 지속적인 연구교류를 통해 미세먼지 저감 방향을 설정하고 수행하는 것이 중요하다.