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한국과학기술연구원(KIST) 환경복지연구센터의 김진영 박사 연구팀이 중국발 미세먼지의 유입이 국내에서 배출된 질소산화물(NOx)과의 상호작용을 통해 수도권의 초미세먼지 오염을 더욱 악화시키는 과정을 규명함.

수도권 초미세먼지 오염의 원인으로 국내 질소산화물(NOx), 암모니아(NH3), 휘발성 유기화합물(VOCs) 등 2차 미세먼지 생성 물질 배출과 함께, 중국으로부터의 장거리 이동을 통해 유입되는 미세먼지가 있음. 수도권 고농도 초미세먼지는 단순히 중국발 미세먼지의 유입만으로 설명하기에는 훨씬 더 높은 경우가 많았음.

김진영 박사 연구팀은 이를 화학적으로 설명하기 위해 초미세먼지(PM2.5)를 측정일별로 해외 유입, 국내 대기 정체, 해외 유입·국내 대기 정체의 세 가지 조건으로 분류하고 유형별 미세먼지의 특성을 분석했음.

분석 결과 해외 미세먼지의 유입이 거의 없는 대기 정체 조건에서는 34μg/m3(세제곱미터당 마이크로그램)였던 초미세먼지 농도가 중국발 미세먼지가 유입되면 53μg/m3로 높아졌음. 해외 유입과 함께 대기가 정체될 경우에는 72μg/m3로 가장 높은 농도를 보였음.

연구진은 중국발 미세먼지의 유입이 있는 경우는 그렇지 않은 경우에 비해 초미세먼지 내의 황산염, 질산염, 암모늄 등의 2차 생성 오염물질 성분과 수분이 풍부한 것을 확인했음. 황산염 및 질산염은 수분·습기를 흡수하는 성질이 강함. 수분이 많은 미세먼지가 수도권으로 유입돼 자동차 배기가스 등의 질소산화물과 만나 반응하면 입자 내에 질산염이 추가로 생성됨. 이렇게 증가한 질산염이 다시 수분을 흡수하고 반응을 통해 질산염을 증가시키는 되먹임 효과가 일어남. 이런 과정을 거치며 질소산화물이 미세먼지로 바뀌며 농도가 더욱 높아진다는 게 연구진의 설명임.

질소산화물이 미세먼지 입자 내에서 수분과 만나 질산염으로 바뀌기 위해서는 대기 중에 질소산화물과 암모니아가 풍부해야 함. 따라서 대기 중 암모니아 농도를 줄이면 중국발 미세먼지와 국내에서 배출된 질소산화물 간의 시너지 효과를 줄일 수 있음. 하지만 이 과정에서 오히려 초미세먼지 입자가 산성화되기 때문에 미세먼지의 인체 위해성을 더욱 높일 우려가 있음.

연구진은 질소산화물 배출량을 줄여 대기 중 총 질산 성분이 줄어들면 추가적인 질산염 증가가 억제되므로 중국발 미세먼지 유입으로 인한 수도권 초미세먼지 고농도 현상을 완화할 방법이 될 수 있다고 추정했음. 특히 중국발 미세먼지의 영향을 많이 받는 겨울철의 경우 낮은 온도로 인해 질소산화물의 질산염 전환이 잘 되기 때문에, 이러한 질소산화물 배출 저감 전략이 더욱 효과적일 것으로 봄.

김진영 박사는 "이번 연구를 통해 중국발 미세먼지가 국내 자동차 및 산업시설에서 배출되는 질소산화물과 함께 수도권 초미세먼지 농도를 증가시키는 복합적 과정을 구체적으로 밝힐 수 있었다"며 "이 연구가 향후 더욱 효과적인 수도권 초미세먼지 관리 정책에 대한 밑거름이 되기를 바란다"고 밝힘.

본 연구 성과는 ‘Atmospheric Chemistry and Physics’ 지에 게재되었으며, 과학기술정보통신부, 환경부, 보건복지부 지원으로 한국연구재단 미세먼지 범부처 프로젝트 사업 및 기초연구사업으로 수행됨.