대기오염물질 배출량의 정의

환경감시일보, ESG 데일리 송영배 기자 |

대기오염물질 배출량은 국가 대기환경정책 수립을 위한 가장 기초적인 자료로서 어떤 종류의 대기오염물질이 어느 지역의 어떤 배출원에서 얼마만큼 배출되는지를 파악하는 것으로서 환경부 국립환경연구원에서는 국가 대기오염배출량을 매년 산정하여 국가 공식 통계자료로 관리하고 있다.

대기오염물질

대기오염물질은 크게 기체상 물질과 입자상 물질로 구분되며, 기체상 물질에는 일산화탄소, 질소산화물, 황산화물, 탄화수소 등이 있으며, 입자상 물질에는 먼지, 매연, 연무, 검댕 등이 있다. 국가 대기오염배출량에서는 다양한 대기오염물질 중 환경기준 대기오염물질(황산화물, 질소산화물, 일산화탄소, 먼지) 및 VOC 등에 대한 배출량 자료를 제공한다.

황산화물

대부분 연료중의 황(黃 : Sulfur) 성분이 연소 시 공기중 산소와 결합하여 생성된 후 대기중으로 배출된다. 황분이 산화하면 먼저 이산화황(SO2)이 되고 더 산화하면 삼산화황(황산가스 : SO3)이 되는데, 이를 통틀어 황산화물이라 하고 SOx (SO2와 SO3)로 나타낸다. SO2는 공기중에서 쉽게 SO3로 산화하여 황산염이 되거나 수분과 반응하여 미세한 황산(黃酸: H2SO4)방울이 된다. 황산화물은 무색의 강한 자극성 기체로 일정 농도 이상이면 호흡기에 유독하고, 저농도에서도 저항성이 약한 식물에 해를 주어 고사 시킬 수 있다.

황산화물은 질소산화물과 더불어 주로 발전소, 석탄 및 석유의 연소과정 등에서 발생하여 산성비(酸性雨 : Acid Rain)를 내리게 하는 원인 물질이며 빌딩과 금속구조물을 부식 시키고 동식물에 해를 끼친다. 산성비는 어느 도시나 공단지역에 한정된 피해를 주지만 대량으로 배출되면 때로는 피해지역이 국경을 넘어 광역으로 확산되기도 한다. 호수, 지표수, 지하수의 산성화는 수생 동식물을 죽이고, 산림과 농토를 황폐화 시키기도 한다.

황산화물 저감대책에는 사전적(事前的) 및 사후적 방법이 있는데, 사전적 대책으로는 저황연료(저황 원유나 석탄) 또는 청정연료(천연가스, LPG) 사용, 석유제품의 탈황(脫黃 : Desulfurization) 등이 있고, 사후적 방법으로는 중유나 석탄의 연소에서 발생한 배출가스(Flue Gas)의 황산화물을 굴뚝으로 배출하기 전에 제거하는 배연탈황(排煙脫黃)법이 있다. 배연탈황은 경제성면에서 대규모시설에만 적용 가능한 한계가 있다.

질소산화물

질소산화물은 대부분의 고온연소과정에서 생성되어 대기중으로 배출되는데, 대부분은 공기 중 질소의 연소에 의하여 생성되지만 일부는 연료 중 질소의 산화로 발생한다. 질소는 다양한 형태의 질소산화물을 생성하는데, 일산화질소(NO), 삼산화이질소(N2O3), 이산화질소(NO2)등이 주로 생성되는 형태이며, 이중 대부분을 차지하는 NO와 NO2를 NOx라 한다. NO는 공기 중에서 쉽게 산화하여 NO2로 변하고 물에 녹으면 질산(窒酸 : HNO3)이 되므로 황산화물과 마찬가지로 산성비의 원인 물질이다.

질소산화물은 인체에 유해한데, 직접적으로 인간의 호흡기를 자극하여 염증을 일으키고 식물에 손상을 주는가 하면, 간접적으로는 광화학스모그 반응에서 핵심적 역할을 한다. 다만 소기(笑氣, 웃음유발가스)로도 알려진 아산화질소(N2O)는 마취제로 쓰이고 지구 온난화를 유발하는 온실기체로 알려져 있다.

휘발성 유기화합물

VOC(Volatile Organic Compound : 휘발성 유기화합물)라함은 탄화수소류중 석유화학제품·유기용제, 그밖의 물질로서 환경부장관이 관계중앙행정기관의 장과 협의하여 고시하는 것을 말한다(대기환경보전법 제2조 8의2). VOC는 증기압이 0.02psi 이상이거나 끓는점이 100℃ 이하인 물질로 정의된다. 탄소와 수소의 유기적인 결합에 의하여 생성되는 화합물로서 아주 다양한 형태의 물질이 존재할 수 있고 휘발유 등 석유제품의 사용, 석유, 알콜, 기타 유기산 등의 불완전연소 등에서 생성된다. VOC에는 메탄류는 물론 알데히드, 케톤류와 벤젠, 벤조피렌 등의 다환방향족탄화수소(PAH)까지 포함되는데, 이들 중 일부는 발암물질이고, 대부분의 물질이 자극적이며 냄새가 심하다.

VOC는 질소산화물과 함께 햇빛을 받으면 광화학반응을 일으켜 2차적으로 오존 및 PAN(peroxyacetylnitrate) 등의 오염물질을 생성하는 원인 물질로서 시정장애, 눈병, 호흡기장애 등을 유발하며, 식물을 손상시키기도 한다.

일산화탄소

일산화탄소는 주로 연료중 탄소가 불완전연소 할 때 생성된다. 일산화탄소(CO)는 무색, 무취의 유독한 기체로 사람이 소량만 흡입하여도 중독을 일으키고 자칫하면 목숨을 잃는다. 일산화탄소을 흡입하면 산소(O2)대신 혈액 중 헤모글로빈(Hb)과 결합하여 CO-Hb를 형성하는데, CO는 산소(O2)에 비하여 Hb과의 결합능력이 200배 이상으로 커서 헤모글로빈의 산소운반능력을 크게 감소시킨다. 주된 발생원은 주택 난방, 자동차 배기가스 등이다. 과거 겨울철에 우리나라 가정에서 많은 중독자와 사망자를 내었던 연탄가스의 주요 성분이 바로 일산화탄소이다.

먼지

먼지는 대기중에 떠다니거나 흩날려 내려오는 입자상(粒子狀)물질을 말한다. 건강에 미치는 영향은 화학적 조성과 입자의 크기에 따라 다른데, 입자의 크기가 작을수록 폐에 대한 악영향이 증가하는 것으로 알려져 있다. 또한 미세입자는 상대적으로 넓은 흡착 표면적을 제공함으로써 중금속, 잔류성유기오염물질, 내분비계 장애물질의 이동수단 역할을 하는 것으로 알려져 있다. 보통 공기 중 입자의 직경은 0.001-500㎛ 범위에 퍼져 있으나 0.1-10㎛ 범위의 입자가 가장 많다. 1㎛(마이크로 미터)는 1000분의 1㎜ 또는 10000Å을 의미한다.

대기 중 먼지 농도를 나타내는 통상적인 표현방법으로는 TSP, PM10, PM2.5 등이 있다. TSP(total suspended particulate)는 대기 중 부유상태에 있는 총먼지의 양이고, PM10은 직경 10㎛ 이하인 먼지의 양이며, PM2.5는 직경이 2.5㎛ 이하인 먼지의 양이다. 현재 우리나라 환경기준법에서는 TSP와 PM10에 대하여 농도 기준이 제시되어 있다.

오존

오존은 질산화물, VOC, 태양에너지 등에 의하여 2차적으로 발생하는 물질로서 배출원에서 발생하는 물질이 아니며 따라서 배출량 평가 대상물질은 아니지만 대기오염분야에서 중요한 관심 물질이기 때문에 제시하였다.

오존(Ozone, O3)은 주로 성층권 공기에 분포하며(90%), 대류권 공기에는 소량(10%)만 존재하는 것이 일반적인데, 최근 대도시지역을 중심으로 질소산화물과 VOC 배출량이 증가하면서 광화학반응이 활발한 늦봄 및 초여름에 고농도의 오존이 발생하고 있다(1시간 평균 오존농도가 0.12 ppm 이상이면 주의보가 내려진다). 오존은 공기 중의 질소산화물과 휘발성 유기화합물(VOC)이 햇빛을 받아 광화학반응을 통해 발생되는데, 특히 자동차 배기 가스는 NOx, CO 및 탄화수소를 다량 배출하므로 자동차가 많고 일조량이 풍부한 대도시에서 오존 및 PAN(Peroxyacetyl nitrate) 등이 생성될 우려가 높다.

오존은 매우 강력한 산화력을 갖고 있어 유기물 부패 시 발생하는 악취물질을 제거하는 데 이용되기도 하며, 가정용 공기청정기 중 일부는 오존을 발생시켜 실내공기 중의 냄새를 상당히 줄여준다. 공기청정기의 경우 고농도 오존에 노출되거나 저농도라고 하더라고 장기간 인체노출은 위해할 수 있으므로 적절한 환기가 필요하다. 일반적으로 오존과 PAN(Peroxyacetyl nitrate) 등과 같은 과산화물(Oxidants)은 자극성이 있고, 동식물에 손상을 초래한다.

위에 제시된 물질 이외에도 환경에 소량만 존재하여도 독성이 커서 유해대기오염물질로 특별히 관리되고 있는 다양한 대기오염물질이 존재한다. 또한 환경호르몬이라고 불리는 내분비계장애물질(유기중금속류, 다이옥신류, 살충제, 제초제 등)을 비롯하여, 다양한 실내공기오염물질(담배연기, 석면, 라돈, 포름알데히드, 먼지, 미생물, 각종 화학물질, 보일러 연소가스 등)도 존재하고 있다. 특히 최근에는 건축공사에 사용하는 각종 화학물질로 인한 실내공기오염에 의하여 '새집증후군'이 발생하기도 한다.

대기오염배출원

대기오염배출원은 매우 다양한데, 일반적으로 자연적 배출원( 화산, 산불 , 번개, 해염발생,) 인위적 배출원(발전시설, 보일러, 석유정제시설, 산업용 생산 시설, 유류 저장, 유기용제 사용시설, 폐기물 처리 시설) 분류한다.