미세먼지, 어떻게 줄이고 대처할 것인가? - 1/4부
1부 - 들어가기, 개념 파악
Ⅰ. 미세먼지란 무엇인가?
미세먼지의 개념
먼지란 대기 중에 떠다니거나 흩날려 내려오는 입자상 물질을 말하는데, 입자의 크기에 따라 지름 50㎛ 이하인 총먼지(TSP, Total Suspended Particles)와 입자 크기가 매우 작은 미세먼지(PM, Particulate Matter)로 구분한다. 미세먼지는 다시 지름이 10㎛보다 작은 미세먼지(PM10)와 지름이 2.5㎛보다 작은 미세먼지(PM2.5)로 나뉜다.
PM10이 사람의 머리카락 지름(50~70㎛)의 약 1/5~1/7 정도로 작은 크기라면, PM2.5는 지름이 머리카락의 약 1/20 ~1/30에 불과할 정도로 매우 작다.
이렇게 미세먼지는 눈에 보이지 않을 만큼 크기가 작기 때문에, 호흡 시에 허파의 말단 (소위 허파꽈리, 폐포라 불리는 곳)까지 침투해서 나오지 않거나, 혈관을 통해 흡수되어 인체 다른 곳들로 이동함으로써 건강에 안 좋은 영향을 줄 수 있다.
세계보건기구(WHO)는 2013년에 미세먼지를 사람에게 발암 위험성이 제일 높은 1군 발암물질(Group 1)로 지정하였다.
미세먼지의 성분
미세먼지를 이루는 성분은 그 미세먼지가 발생한 지역이나 계절, 기상조건 등에 따라 달라질 수 있으나, 우리나라에선 일반적으로는 대기오염물질이 공기 중에서 반응하여 형성된 덩어리(황산염, 질산염 등)와 석탄 · 석유 등 화석연료를 태우는 과정에서 발생하는 탄소류와 검댕, 지표면 흙먼지 등에서 생기는 광물 등으로 구성된다.
2014년 전국 6개 주요 도시에서 측정된 미세먼지의 구성은 대기오염물질 덩어리(황산염, 질산염 등)가 58.3%로 가장 높고, 탄소류와 검댕 16.8%, 광물 6.3% 순으로 나타났다. (국립환경과학원 연구 결과)
Ⅱ. 미세먼지는 어디서 발생하는가?
미세먼지 발생원은 크게는 자연적인 것과 인위적인 것으로 구분된다. 자연적 발생원은 흙먼지, 바닷물에서 생기는 소금, 식물의 꽃가루 등이 있다. 인위적 발생원은 보일러나 발전시설 등에서 석탄 · 석유 등 화석연료를 태울 때 생기는 매연과 자동차 운행에 따른 배기가스 및 도로먼지와 타이어 가루, 건설현장 등에서 발생하는 날림먼지, 공장 내 분말형태의 원자재, 부자재 취급공정에서의 가루 성분, 소각장 연기 등이 있다.
인위적 원인 중 1차적 발생원
굴뚝 등 발생원에서부터 고체 상태의 미세먼지로 나오는 경우를 말하며, 위 6개 주요 도시의 평균 구성 그림에서 오렌지색으로 표시된 16.8%의 비중을 차지한다. 화석연료 중의 탄소 성분이 고체 형태로 배출된다는 것은, 여러 가지 원인으로 연료가 불완전 연소되고 있다는 증거다.
인위적 원인 중 2차적 발생원
한편, 발생원에서는 기체 상태로 나온 물질인데 공기 중의 다른 물질과 화학반응을 일으켜 고체인 미세먼지가 되는 경우(2차적 발생)로 나누어질 수 있다. 석탄 · 석유 등 화석연료가 연소되는 과정에서 배출되는 황산화물(SOx)이나, 자동차 배기가스에서 나오는 질소산화물(NOx), 그리고 주유소나 자동차 배기가스 등에서 나오는 휘발성 유기화합물(VOCs) 이 대기 중의 수증기, 오존, 암모니아 등과 결합하는 화학반응을 통해 미세먼지가 생성되기도 한다. 이 2차적 발생이 중요한 이유는 수도권만 하더라도 화학반응에 의한 2차 생성 비중이 전체 미세먼지(PM2.5) 발생량의 약 76%를 차지할 만큼 매우 높기 때문이다. (위 그림의 6대 도시 평균은 약 58%)
SOx는 석유연료 중의 황 성분이 연소 과정에서 공기와 결합되어 배출되는 오염물질로 (SO1과 SO2가 전체의 95% 이상), 80~90년대에 석유류 연료 중 황 함량 자체를 거의 0.1~0.3% 이하로 줄여서 생산·공급하도록 의무화하였고, 서울 등 대도시 지역은 더욱 낮은 기준의 양질의 연료를 공급하도록 하는 정책을 폈다. 때문에, SOx는 엔진의 노후화와 연소 조건 운전 부주의를 감시하는 것 외에는 더 이상 크게 줄일 대책이 없다.
휘발성 유기화합물(VOCs)은 주유소 등에서 흔히 냄새를 맡을 수 있는 신나 냄새의 물질로, 석유류 제품에서 나오는 유증기(油蒸氣)라 생각하면 이해하기 쉽다. 주유소에서 주유할 때 주유기에 고무 커버가 씌워져 있는 것은 주유할 때 발생하는 유증기를 진공청소기 원리로 회수하는 장치가 달려있기 때문이다. (이 회수장치를 가동하는 주유소들이 얼마나 있는지는 일단 논외로 하고...)
질소산화물, NOx(낙스라 읽는다)는 석유류 연료가 연소 과정에서 공기 중에 매우 풍부한(약 78%) 질소(N)와 결합하여 생성되는 물질로, 연료가 고온에서 완전 연소될수록 많이 생성된다. 환경 관련 법률들이 80년대에 제정될 때에는 대부분 연료 중 황성분, 불완전 연소 시에 발생하는 오염물질, 그리고 유독물질 등이 주된 규제 대상 물질이었고, NOx는 환경에 미치는 악영향이 별로 없는 것으로 알았었나보다. 환경 관련 법령에 정한 배출허용기준을 초과해서 오염물질을 배출할 때 부과하는 배출부과금은 9종의 대기오염물질에 대해서 부과하는데, NOx는 배출허용기준만 설정되어 있고, 기준을 초과해서 배출해도 이 부과금을 부과할 법적 근거가 없다. 배출부과금 제도가 기업들에게 매우 두려운 것은 단속에서 적발된 시점부터 시설 개선이 완료되었다고 공인받게 될 때까지, 해당 공정은 모두 가동이 중단되기 때문이다. 때문에 환경부는 NOx에 대한 배출부과금 부과 근거를 관계 법령에 넣으려고 계속 노력 중이다.
공장이 거의 없는 서울은, 외부에서 유입되는 미세먼지를 제외하고는 자동차에서 발생하는 NOx와 휘발성 유기화합물(VOCs)이 거의 유일한 자체 미세먼지 발생원이다.
자동차의 경우만 놓고 보면, 그중에서 디젤을 연료로 사용하는 화물차와 6인승 이상의 RV 차량이 PM2.5 발생원인의 90% 이상을 차지하는 것으로 분석되고 있다.
[쉬어 가는 이야기 : 폭스바겐 자동차의 배기가스 저감장치 조작 사건의 배경]
약 2년 전에 일어났던 폭스바겐 자동차 회사의 배기가스 저감장치 조작 사건이 바로 자동차 엔진에서 발생하는 NOx의 양을 조작한 사건이었다.
자동차 회사의 입장에서는 연비도 높일 겸, 엔진에서 연료의 완전연소가 일어날수록 좋다. 이를 규제하지 않으면 위에서 설명했듯이 NOx의 배출량이 늘어나는 것을 막을 수가 없다. 엔진에 유입되는 연료를 안개처럼 엷게 분무하고 유입되는 산소의 양을 늘릴수록(디젤차는 엔진 내의 압력과 온도가 높을수록) 완전연소가 되기 때문에, 자동차 회사들은 이런 노력들을 엔진 설계할 때 반영하고자 한다.
규제하는 정부의 입장에서는 NOx의 배출량을 줄이기 위해서, 지나치게 많은 공기가 엔진에 유입되지 않도록 공기와 연료의 배합 비율을 규제한다.
그렇기 때문에 여러 가지 방법으로 이 공기와 연료의 비율(空燃比) 규제 기준을 맞추면서, 연비도 늘리고 여러 가지 배출가스 규제기준도 맞추기 위한 방법들이 동원된다. 그중에 한 방법으로 EGR (Exhaust Gas Recirculation)이라는 게 있다. 배기가스 일부를 다시 엔진으로 들어가게 환원시켜, 엔진의 온도를 낮추고 유입되는 산소의 농도를 낮추는 것이다. 쉽게 이야기하면 의도적으로 완전연소 조건을 완화해서 NOx의 배출량을 줄이는 것이다. 대신 연비와 출력은 약간 줄어들고, 매연 농도가 약간 늘어나는데 매연은 후처리 장치인 필터(DPF)에서 잡아내고...
폭스바겐이 머리를 굴린 것은, 신차 시험 시 정부 기관의 실험실이나 운행 중 자동차 검사소에 들어가면 이 EGR 기술이 적용되고, 실제 도로 운행 조건에서는 적용이 되지 않도록 차량의 운행조건을 제어하는 핵심 칩인 ECU에 사악한 회로를 집어넣은 것이다.
이게 가능한 것이, 정부 기관이 자동차 배기가스 측정을 할 때는 실제 주행 중인 차의 배기구에 측정장비를 집어넣고 측정하기 힘들기 때문에, 대형 롤러(전문 용어로 차대동력계) 위에 차를 얹어 놓고 측정을 하기 때문이었다.
이 운행 조건의 차이를 감지하는 센서를 달아서 이런 못된 짓을 벌인 폭스바겐. 우리나라에선 그 사건 이후에도 그 차종들이 잘만 팔리고 있다...
