수도권 미세먼지 농도 짙어진 이유…“中 먼지에 車배기가스 만나 화학반응"

KIST 김진영 박사팀 주도 …고농도 미세먼지 유발 국내외 오염물질 간 악화 과정 규명

국내 대기 정체 조건에서 국외 미세먼지의 장거리 유입과 국내 배출 전구물질 축적의 복합상승효과에 의한 수도권 고농도 미세먼지 발생 모식도/사진=KIST

올해는 신종 코로나바이러스 감염증(코로나19)의 특수상황과 계절적 요인이 더해지면서 다시금 맑은 하늘을 볼 수 있는 날이 많았다. 하지만 최근 중국 내 공장 재가동 등 초미세먼지(PM2.5) 평균 농도가 오를 조짐을 보인다. 한국의 초미세먼지 농도는 때로는 세계보건기구(WHO)의 초미세먼지 권고치(10μg/m³이내)를 뛰어넘는 145~150㎍/㎥을 보이며 정상 호흡을 힘들게 하는 데 국내 연구진이 이를 조사해본 결과, 중국으로부터 오염된 공기가 유입되는 탓도 있지만, 국내 대기질 상태도 오염 악화에 한몫한 것으로 나타났다.

한국과학기술연구원(KIST) 환경복지연구센터 김진영 박사 연구팀은 중국에서 유입된 미세먼지가 국내에서 배출된 질소산화물과 상호작용해 수도권 초미세먼지 오염을 더 악화시킨다고 28일 밝혔다.

한반도엔 겨울철부터 이른 봄철까지 고농도 미세먼지 발생이 잦다. 중국발 미세먼지 등 해외 오염물질의 유입과 국내 미세먼지 원인 물질들이 원인으로 지목된다.

중국발 미세먼지가 국경을 넘어 흘러 들어올 때 수도권의 초미세먼지 농도는 단순히 중국발 미세먼지의 유입만으로 설명하기에는 훨씬 더 높은 경우가 많다.

연구팀은 이를 화학적으로 설명하기 위해 초미세먼지를 측정일별로 해외 유입, 국내 대기 정체, 해외 유입+국내 대기 정체 등 세 가지 조건으로 분류하고 각 유형별 미세먼지의 열역학적 특성을 분석했다. 그 결과, 해외 미세먼지의 유입이 없는 대기 정체 조건에서는 34μg/m3였던 초미세먼지 농도가 중국발 미세먼지가 유입될 경우 53μg/m3로 높아졌다. 이에 더해 국내 대기까지 정체될 경우 72μg/m3으로 가장 높은 농도를 보였다.

또 중국발 미세먼지 유입이 있는 경우는 그렇지 않은 경우에 비해 초미세먼지 내의 황산염, 질산염, 암모늄 등의 2차 생성 오염물질 성분과 수분이 다량 포함된 것으로 확인됐다.

중국발 미세먼지에 포함된 황산염·질산염은 강한 흡습성이 있어 입자 내 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 농도는 더 높아진다.


질소산화물이 미세먼지 입자 내에서 수분과 만나 질산염으로 전환되기 위해서는 대기중에 질소산화물과 암모니아가 풍부해야 한다. 대기 중 암모니아 농도를 줄이면 중국발 미세먼지와 국내에서 배출된 질소산화물 간의 시너지 효과를 줄일 수 있다. 하지만 이 과정에서 오히려 초미세먼지 입자가 산성화되기 때문에 미세먼지의 인체 위해성을 더 높일 우려가 있다.

따라서 국내 질소산화물 배출 저감을 통해 대기중 총 질산 성분을 줄임으로써 입자 내의 추가적인 질산염의 증가를 억제하는 방법이 중국발 미세먼지 유입 시 수도권의 초미세먼지 오염을 완화할 수 있는 좋은 방법이 될 수 있다고 연구진은 설명했다.

김 박사는 “중국발 미세먼지의 영향을 많이 받는 겨울철의 경우, 낮은 온도로 인해 질소산화물의 질산염 전환이 잘 되기 때문에 이러한 질소산화물 배출 저감 전략이 더 효과적일 것”이라고 분석했다.