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미세먼지 해결, 기술이 앞당긴다
  • 임호동 기자
  • 승인 2020.02.14 15:42
  • 호수 125
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전 세계가 대기오염으로 골머리를 앓고 있다. 수많은 사람들을 사지로 몰아넣고, 사회를 불안으로 몰아가고 있는 대기오염은 전 세계가 반드시 극복해야 할 과제로 급부상하고 있다. 이에 대기오염 측정 및 저감 기술은 점점 고도화되고 있으며 다각도로 연구되고 있다.

 

대기오염, 최우선 과제로 떠오르다

매년 찾아오는 불청객 같은 미세먼지는 우리 일상에 극심한 스트레스로 작용하고 있다. 실제 우리나라는 경제협력개발기구(OECD) 회원국 중 초미세먼지 오염도 2위를 기록할 정도로 심각한 상황이다. 특히 지난해 절정을 기록한 미세먼지 발생 당시 많은 사람들이 미세먼지를 피해 이민을 생각한다는 말까지 나올 정도였다.

그러나 다른 나라로 가면 정말 안전할 수 있을까? 많은 사람들이 대기오염 하면 미세먼지로 심각한 우리나라를 비롯한 중국, 인도 등의 아시아 국가를 떠올릴 것이다. 그러나 환경선진국이라 불리는 미국, 캐나다, 영국, 프랑스 등도 상황은 다르지 않다. 실제 영국 런던, 프랑스 파리, 캐나다 토론토 등 세계적인 대도시들의 미세먼지 수치는 종종 베이징의 하루 평균 수치와 비슷할 때도 있다.

즉 대기오염으로 인해 안전한 곳은 없다. 세계보건기구(WHO)는 전 세계 인구의 92% 정도가 공기오염으로 인해서 피해를 입고 있는 것으로 추정하고 있다. 하지만 실망하기에는 이르다. 문제가 심각해진 만큼 이 문제를 해결하기 위한움직임도 계속되고 있기 때문이다.

 

미세먼지 기술의 발달은 더 정확한 정보를 빠르게 전달하고 있다.

대기오염의 실체를 밝히는 기술 : 측정·감시

대기오염을 대처하는 기술 중 가장 빠르게 발전하고 있는 분야는 역시 대기오염 정도를 측정하고 감시하는 기술일 것이다. 입자의 직경이 2.5µm 이하인 초미세먼지까지 측정해야 하는 이 기술은 보다 신속하게 오염물질을 파악하고, 미세먼지 및 유해 오염물질을 보다 효과적으로 감소시키면서 제품의 가격은 낮추는 방향으로 연구들이 진행되고 있다. 대표적인 것이 바로 미세먼지 센서와 가스 센서 등의 센서다.

대기 중에서 미세먼지를 측정하는 방식은 필터를 활용한 미세먼지 중량 측정 방식, 베타 감쇠법, 광학적 방법 등 여러 가지가 존재한다. 이중에서 가장 대중적으로 사용되고 있는 방식은 빛을 활용하는 광학적 방식이다. 광학 측정 원리는 기기로 부터 발사된 광선이 대기 중에 있는 미세먼지에 빛이 발산하는 정도를 광도계(Photometer)를 통해서 측정하는 방식이다.

광학적 방식은 기기의 비용이 다른 방식에 비해서 상대적으로 저렴한 편이고, 전력 소모가 적으며 반응속도가 빨라 측정분야에 가장 많이 쓰이고 있다. 그러나 0.3µm보다 큰 입자인 경우, 빛이 퍼지는 정도가 입자의 농도에 비례해 측정이 가능하지만, 0.3µm보다 작은 입자인 경우 빛이 충분히 퍼지지 않아서 측정이 어렵다는 단점이 존재한다. 이러한 단점을 보완하기 위해 최근에는 발산한 빛의 분포를 분석하거나 필터를 부착하는 간접적인 방식을 병행해 측정률을 높이고 있다.

가스 센서 역시 미세먼지 센서와 구동 원리는 비슷한데, 주로가격이 저렴한 메탈옥사이드(Metal-oxide-semiconductor) 반도체 센서와 전기화학적(Electrochemical) 센서를 활용하고 있다. 옥사이드(MOS) 가스 센서는 감지하고자 하는 가스에 노출됐을 경우 메탈옥사이드의 화학적 특성이 변화하는 것을 활용해 가스를 감지하는 기술이며, 전기화학적 센서는 전압전류법을 이용해 센서에 형성된 생물막의 정략적 측정을 통해서 가스의 존재 여부를 판별하는 기술이다.

이러한 센서들은 공기청정기, 기상대, 전자레인지, 오븐 레인지 후드 등에 광범위하게 활용되고 있으며, 최근 항공기나 자동차, 오염물질 배출 사업장 등에도 접목돼 현장의 대기오염물질을 바로바로 측정·분석하고 있다.

또한 인공지능(AI), 사물인터넷(IoT), 스마트 기기(Smart Devices) 등 4차산업의 발전과 함께 미세먼지 측정 기술은 대중들에게 보다 더 쉽고 철저한 모니터링과 공기오염 정보를 공유할 수 있을 것으로 기대되고 있다.

 

신소재를 활용해 정화률을 높이고 다양한 설비에 접목하기 위한 연구가 계속되고 있는 공기 필터

대기오염을 잡는 기술 : 저감 기술

측정기술의 발전은 대기오염의 위험성을 알리고 대비책을 마련하는 데 큰 도움을 주고 있다. 그러나 대기오염의 위기에 직면한 사람들은 보다 더 직접적이고 가시적인 해결방법을 요구하고 있다. 이러한 요구를 충족시켜주기 위해 다양한 저감 기술이 연구되고 있다.

가장 많은 연구가 주목되는 분야는 역시 공기필터 분야이다. 필터를 활용해 대기 중의 오염물질을 걸러내는 이 기술은 가장 단순하면서도 가장 큰 효과를 가져올 수 있는 기술이다. 기존의 공조 설비의 효과를 극대화할 수 있으며 넓은 실내외의 대기오염을 모두 정화할 수 있는 방안이기 때문이다.

이에 실제 재료과학 기업인 코닝, 종합가전제품 회사인 파나소닉, 전기기기 제품 회사인 메이디 등 다양한 회사들이 공기필터 기술 및 관련 제품 개발에 박차를 가하고 있다. 다양한 신소재를 필터에 도입해 정화률을 높이고 기존의 공조 설비와 조합을 찾아내기 위해 노력하고 있다. 공기청정기, 에어컨 등의 설비 외에도 자동차 배기구나 환기구 등에 사용할 수 있는 필터를 내놓고 있다.

이외에도 오염된 기체를 챔버 등으로 유입시킨 뒤 오염된 가스가 천천히 지나가면서 먼지 입자들이 중력에 의해 바닥에 가라앉게 만들어 포집하는 중력침강실, 대기 중의 먼지를 원심력을 이용해 채취하는 원심분리기, 액체를 분사해 먼지를 들러붙게 만든 뒤 이를 처리하는 습식스크러버, 대기 중에 떠다니는 입자들에 전하를 일으켜 정진기로 집진하는 정전집진기 등 다양한 포집·저감 기술들이 미세먼지의 대응 기술로 연구되고 있다.

 

지난해부터 본격적인 운항을 시작한 미세먼지 관측용 항공기,첨단분석장비 10종을 탑재해 미세먼지 성분부터 원인물질까지 동시에 측정이 가능하다.

미세먼지 기술, 위기 극복을 위해 필수적

우리나라는 이러한 대기오염 관련 기술들에 특히 주목하고 있다. 2020년 새해 첫 환경부의 공식일정은 다름 아닌 하늘을 관측하는 것이었다. 조명래 환경부 장관은 1월 2일 정부서울청사에서 진행된 2020년 정부 시무식을 마치고, 곧바로 미세먼지 항공감시에 나섰다.

이날 항공감시에 나선 항공기는 미세먼지 관측용 항공기로, 국립환경과학원이 한서대 항공기를 2018년 12월에 임차해 미세먼지 관측용으로 개조한 19인승 중형 항공기다. 2019년 3월부터 본격적인 운항을 시작한 미세먼지 관측용 항공기는 미세먼지 질량분석기, 블랙카본분석기 등 첨단분석장비 10종을 탑재해 미세먼지의 성분조성뿐만 아니라 미세먼지 원인물질(황산화물, 질소산화물, 휘발성유기화합물 등)의 동시 측정이 가능하며, 미세먼지에 대한 고해상도 실시간 관측을 통한 과학적 조사를 수행하고 있다.

오후 1시 30분경 충남 태안군 한서대 태안비행장을 이륙한 항공기는 태안화력, 대산산단, 당진화력, 당진제철 등 충남 서북부 주요 미세먼지 배출원을 거쳐 서해 상공까지 약 1시간을 비행했다.

이날 항공 관측을 마친 조명래 장관은 “오늘 비행을 통해 국민의 일생 생활을 불편하게 하고, 나아가 국민건강을 위협하고 있는 미세먼지를 하루빨리 걷어내야 한다는 각오를 다시 한 번 다졌다”며, “올 한 해도 미세먼지 대응에 환경부의 모든 역량을 집중하겠다”라고 말했다.

특히 조 장관은 과학적 감시와 연구에 기반한 미세먼지 문제해결 의지를 천명했는데, 지상-선박-항공-위성을 아우르는 입체적이고 꼼꼼한 미세먼지 감시망을 구축하고, 이를 토대로 과학적인 원인규명을 수행해 맞춤형으로 미세먼지 문제에 처방을 내리겠다고 밝혔다.

이를 위해 환경부와 국립환경과학원은 항공관측은 물론, 전국 666곳의 대기오염측정망과 국립환경과학원 소속 대기환경연구소 8곳을 중심으로 지상관측과 관련 연구를 강화한다는 방침이다.

또한 오는 2월 19일 발사 예정인 세계 최초 정지궤도 환경위성을 통해 동쪽의 일본부터 서쪽의 인도네시아까지 한반도 주변국에 대한 미세먼지 감시를 강화하는 한편, 3월 말까지 해양경찰청 보유 대형함정 35척과 서해안 외딴섬 8곳(연평도, 울도, 격렬비열도, 외연도, 안마도, 홍도, 가거도, 가거초)에 측정망을 신설해 국외 유입 미세먼지에 대한 감시도 강화한다는 방침이다.

이처럼 미세먼지를 비롯한 대기오염을 극복하기 위한 방법이 계속 모색되고 있다. 관심을 가지고 대비하는 것은 중요하지만 너무 심한 불안과 스트레스는 미세먼지보다 더 해로울지 모른다. 대기오염 해결을 위한 기술에 더욱 많은 관심과 투자가 지속될 수 있도록 기대한다

임호동 기자  ihd3333@naver.com

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