위성 관측·배출원 규명… 미세먼지 공습, 과학기술로 넘는다
매년 늦가을부터 이듬해 봄까지 한반도는 미세먼지에 시달린다. 특히 이번 기간에는 중국발 스모그에 잦은 대기정체 현상 때문에 매연이 가득한 터널 속에 있는 것과 비슷한 상황까지 악화되기도 했다. 산업화와 도로 운행 차량의 증가로 미세먼지를 포함한 대기오염 문제는 전 세계의 고민거리가 됐다. 특히 한국은 국내 발생 미세먼지에 ‘베이징 스모그’로 대표되는 중국발 미세먼지까지 겹쳐 더 심각하다.
국내 대기 과학자들은 “중국발 미세먼지의 영향에 대해 정확한 데이터베이스를 갖추지 못해 중국과의 외교협상에서 우위를 점하지 못하고 있다. 경유차나 발전소가 미세먼지에 미치는 영향도 추정이나 단순한 모델링에 의존하고 있어 미세먼지 대책의 실효성에 의문이 든다”고 지적한다. 정확한 오염원과 생성 원인의 과학적 규명이 우선돼야 한다는 말이다.
이 때문에 과학자들은 미세먼지가 발생하는 첫 단계부터 측정·예보 기술, 배출 먼지 저감기술까지 미세먼지로 인해 발생할 수 있는 피해를 최소화하는 기술을 찾는 데 노력을 기울이고 있다.
국내에서는 광주과학기술원(GIST)과 한국과학기술연구원(KIST)을 중심으로 미세먼지 저감기술을 연구하고 있지만 이 밖의 정부출연연구기관과 대학들에서도 관련 연구를 진행 중이다.
GIST 초미세먼지연구센터는 현재 미세먼지 발생 원인에 대한 정확한 분석에 집중하고 있다.
●1·2차 배출원 규명이 저감 기술 열쇠
미세먼지는 생성 특성에 따라 1차 배출 미세먼지와 2차 생성 미세먼지로 나뉜다. 1차 배출 미세먼지는 자동차나 공장 굴뚝 등에서 나오는 것을 말한다. 2차 생성 미세먼지는 질소산화물, 황산화물, 휘발성 유기화합물(VOCs)이 대기 중에 떠돌아다니다가 햇빛과 만나 화학반응을 일으켜 2차적으로 만들어지는 먼지입자다.
센터장인 박기홍 GIST 교수는 “미세먼지를 줄이기 위해서는 1차 배출 먼지뿐만 아니라 2차 생성 먼지의 양까지 알아야 하는데 1차 배출량의 정확한 측정자료가 부족하고 파악하지 못하는 배출원도 상당히 많을 것이라고 보고 있다”면서 “미세먼지 저감정책과 기술은 미세먼지 발생원과 원인, 배출량 등 원인 규명에서 시작해야 한다”고 설명했다.
이를 위해 연구진은 각종 원인으로 만들어진 미세먼지를 전자현미경으로 촬영한 데이터베이스(DB)를 구축하고 있다. 원인들로는 경유차, 선박에서 나오는 배출입자, 쌀겨나 참나무 등 농작물과 바이오매스(식물)를 태운 연소입자, 플라스틱 소각입자, 석탄, 담배 연소입자, 양초 연소입자, 북극에서 관찰된 미세먼지, 도로변 먼지 입자 등 매우 다양하다. 미세먼지별 입자 크기나 모양, 화학적 성분 등 상세특성과 인체 유해성 정보를 광범위하게 구축하면 미세먼지가 발생했을 경우 생성 원인과 발생 지역 등을 신속하게 진단하고 그에 맞는 대응을 할 수 있게 된다는 것이다. 이 DB에 따르면 같은 질량으로 비교했을 때 경유차 배출입자가 다른 입자들에서 나온 미세먼지보다 세포독성이나 유전독성이 높은 것으로 나타나고 있다.
과학자들은 미세먼지가 광범위하게 만들어져 빠른 속도로 밀려 들어오는 만큼 이동 경로를 파악해 빠르게 관련 정보를 알리는 것도 중요하다고 판단하고 있다. 현재는 2010년 발사된 통신해양기상위성 ‘천리안’에 탑재된 GOCI-1이라는 장치를 이용해 한반도 상공을 하루 8번씩 관측하면서 미세먼지 발생을 감시하고 있다. 2년 뒤인 2018년에는 GOCI-2를 위성에 추가 발사하는 한편 선박과 항공기를 이용해 입체적 감시체제를 구축한다면 미세먼지 발생을 좀더 촘촘하게 파악하고 신속하게 사전 대응할 수 있을 것으로 보인다.
●‘선박 먼지’ 이동특성 분석 기술 개발
현재 발표되는 미세먼지 농도예보는 건물의 2~3층 높이에서 측정한 결과를 바탕으로 내려지기 때문에 사람이 실제 호흡하는 높이인 1~2m의 공기질과는 차이가 있다는 지적도 많다. 이 때문에 기상정보와 실제 생활공간에서 미세먼지 농도를 정확하게 예측할 수 있는 기법을 개발하는 것도 시급하다. 현재 인공지능(AI)과 예보관의 협업시스템을 통해 미세먼지 예보의 정확도를 높일 수 있는 ‘한국형 미세먼지 예측 모델링 기법’의 개발도 진행 중인 것으로 알려져 있다.
이미 발생한 미세먼지를 제거하기 위한 기술 개발도 활발하다. 실내 공기정화를 위해 나노기술을 활용한 신소재 마스크 필터와 고분자와 금속섬유, 세라믹 등을 활용해 필터 교체가 필요 없는 공기정화기 개발은 물론 비가 오면 공기 중 먼지들이 사라진다는 점에 착안해 외국에서 날아오는 미세먼지 제거를 위해 인공강우도 적극적으로 검토하는 분위기다. 이와 함께 도로와 자동차에서 발생하는 미세먼지들을 제거하기 위해 별도의 전원공급 장치 없이 먼지를 빨아들일 수 있는 무동력 집진기 기술 개발도 연구 중에 있다.
KIST 환경복지연구단도 1991년 도시 스모그현상 연구를 처음 시작한 이후 대기환경 분야 연구를 이어 오고 있다. 연구단은 선박에서 배출하는 미세먼지를 측정하고 기후변화에 어떤 영향을 미칠지에 대한 평가기술과 미세먼지 속 유해성분의 장거리 이동 특성을 분석할 수 있는 모델링 기술을 개발했다.
●“예보 정확도 높여 의료 정보 제공해야”
현재 연구단은 전동차에 부착해 지하철 터널 내 미세먼지를 신속하게 제거하는 ‘도시철도 터널 오염물질 제거기술’과 자동차에서 배출되는 초미세입자에 의한 실내외 생활공간의 오염 영향을 분석하는 ‘극미세 입자 평가관리 기법’ 등 다양한 미세먼지 관련 기술을 개발하고 있다.
배귀남 단장은 “미세먼지의 종합 관리를 위해서는 오염도 예측 기법을 향상시켜 예보의 정확도를 높이는 한편 고농도 미세먼지 오염으로 인한 의료비 상승과 사망률 증가 등 다각도로 정보를 제공할 수 있는 기술 개발까지 병행돼야 한다”고 설명했다.
유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr
