"중국발 미세먼지 유입시 질소산화물 배출 줄여야 효과적"

[아이뉴스24 최상국 기자]중국에서 유입된 미세먼지의 풍부한 수분이 국내에서 배출된 질소산화물과 상승작용을 일으켜 수도권 초미세먼지를 더욱 악화시킨다는 연구결과가 나왔다. 연구진은 중국발 미세먼지 유입시 가장 효과적인 대책은 국내 질소산화물 배출을 줄이는 것이라고 제시했다.

28일 한국과학기술연구원(KIST) 환경복지연구센터 김진영 박사 연구팀은 중국발 미세먼지의 유입이 국내에서 배출된 질소산화물과의 상호작용을 통해 수도권의 초미세먼지 오염을 더욱 악화시키게 되는 과정을 실제 관측자료와 열역학 모델을 통해 규명했다고 밝혔다.

겨울철에서 봄철에 걸쳐 발생하는 고농도 초미세먼지는 중국발 미세먼지의 유입과 한반도 상공의 대기 정체에 따른 국내 배출 오염물질의 축적이 복합적으로 작용하여 발생하는 것으로 추정돼 왔지만 상세한 화학적 원리가 명확하게 밝혀진 것은 아니다. 중국발 미세먼지가 유입되는 때에도 수도권의 초미세먼지 농도는 단순히 중국발 미세먼지만으로 설명하기 어려울 때가 많다.

연구팀은 2012년부터 2014년까지 서울 KIST 경내에서 포집·측정한 초미세먼지의 개별 성분과 공기중 오염물질, 기상 자료(기온, 상대습도 등)를 바탕으로 입자의 산성도 및 에어로졸 내 수분을 계산하고 각 측정일별, 발생유형별로 미세먼지의 열역학적 특성을 분석했다.

분석 결과, 해외 유입 없이 국내 대기 정체가 주원인일 때의 수도권 초미세먼지(PM 2.5) 농도는 평균 34μg/m3였으나, 중국발 미세먼지가 유입된 날은 평균 53μg/m3를 기록했다. 중국발 미세먼지가 유입되면서 국내 대기까지 정체된 날은 평균 72μg/m3까지 높아졌다.

또한, 중국발 유입 없이 국내 대기정체로 발생한 초미세먼지에서는 황산염, 질산염, 암모늄 등의 2차 생성 오염물질이 전체 질량농도의 30%, 수분은 15% 정도였으나 중국발 미세먼지가 유입된 날은 이 수치가 40~45%, 30%로 각각 높아졌다. 중국발 유입이 있을 때의 미세먼지 내 수분함량이 두 배로 높아진 것이다.

중국발 미세먼지에 포함된 황산염 및 질산염은 강한 흡습성이 있어 입자 내의 수분을 증가시킨다. 수분이 많은 미세먼지가 수도권으로 유입돼, 자동차 배기가스 등의 질소산화물과 만나 반응하면 입자 내에 질산염이 추가적으로 생성된다. 이렇게 국내에서 증가한 질산염이 다시 수분을 흡수하고 질산염을 증가시키는 되먹임 효과로 인해 미세먼지 농도가 더욱 높아진다.

연구팀은 이에 따라 중국발 미세먼지 유입시에는 질소산화물 배출을 줄이는 것이 효과적인 대책이라고 제시했다.

질소산화물이 미세먼지 입자 내에서 수분과 만나 질산염으로 전환되기 위해서는 대기중에 질소산화물과 암모니아가 풍부해야 한다.

연구팀은 "대기중 암모니아 농도를 줄이면 중국발 미세먼지와 국내 배출 질소산화물 간의 시너지 효과를 줄일 수 있지만 이 과정에서 오히려 초미세먼지 입자가 산성화돼 인체 위해성을 더욱 높일 우려가 있다"면서 "국내 질소산화물 배출 저감을 통해 대기중 총 질산 성분을 줄임으로써 입자 내의 추가적인 질산염 증가를 억제하는 것이 중국발 미세먼지 유입 시 수도권의 초미세먼지 오염을 완화할 수 있는 좋은 방법"이라고 제안했다. 특히 중국발 미세먼지의 영향을 많이 받는 겨울철의 경우, 낮은 온도로 인해 질소산화물의 질산염 전환이 잘 되기 때문에, 질소산화물 배출 저감 전략이 더욱 효과적이라는 것이다.

KIST 김진영 박사는 “이번 연구를 통해 중국발 미세먼지가 국내 자동차 및 산업시설에서 배출되는 질소산화물과 함께 수도권 초미세먼지 농도를 증가시키는 복합적인 메커니즘을 구체적으로 밝힐 수 있었다”며 “더욱 효과적인 수도권 초미세먼지 관리 정책 수립을 위한 밑거름이 되기 바란다.”고 말했다.

이번 연구는 과학기술정보통신부), 환경부, 보건복지부가 지원하는 미세먼지 범부처 프로젝트 사업 및 기초연구사업으로 수행됐으며, 연구 결과는 기상 및 대기과학 분야 국제 학술지인 '대기화학 및 물리'(Atmospheric Chemistry and Physics) 에 6월 30일 온라인 게재됐다.

◇논문명 : Synergistic enhancement of urban haze by nitrate uptake into transported hygroscopic particles in the Asian continental outflow

◇저자 : 한국과학기술연구원 서지훈 학생연구원(제1저자), 한국과학기술연구원 김진영 책임연구원(교신저자)