[EE] 대기오염 (Air pollution)

 

1. 대기 오염은 무엇인가?

대기 오염은 지구 대기에 화학 물질, 입자상 물질 또는 생물학적 물질과 같은 유해 물질로 인해 대기가 오염되는 현상을 말하며 이러한 오염 물질들 인간의 건강, 환경 및 기후에 부정적인 영향을 미칠 수 있습니다. 대기 오염의 일반적인 원인으로는 화석 연료 연소, 산업 공정, 운송 및 농업 활동이 있습니다.

 

2. 대기오염물질 발생

대기 오염은 아래와 같은 다양한 인간 활동과 자연적 원인으로 인해 발생합니다.

• 화석연료 연소: 운송(자동차, 트럭, 선박 및 비행기), 발전 및 산업 공정에서 발생하는 배출이 포함됩니다.
• 산업 공정: 제조, 화학 생산 및 기타 산업 활동에서 발생하는 배출이 포함됩니다.
• 농업: 가축 배출, 비료 사용 및 농업 폐기물 소각이 포함됩니다.
• 폐기물 관리: 고형 폐기물 및 하수 처리로 인한 배출과 노천 폐기물 소각이 포함됩니다.
• 자연적 원인: 먼지 폭풍, 산불 및 화산 폭발이 포함됩니다.
• 주거 활동: 요리, 난방 및 조명으로 인한 배출이 포함됩니다.
• 건설: 중장비 및 장비에서 발생하는 먼지 및 배출물이 포함됩니다.
• 이러한 직접적인 대기 오염원 외에도 기후 변화는 산불을 악화시키고 지상 오존을 증가시키고 공기를 통해 전염되는 전염병을 확산시켜 간접적으로 대기 오염을 증가시킬 수 있습니다. 

 

3. 주요 대기오염 발생물질

대기 오염 물질은 인간의 건강과 환경에 단기 및 장기적 영향을 미칠 수 있습니다. 주요 대기 오염 물질은 다음과 같습니다.

• 총 부유먼지 (TSP: Total Suspended Particles):  먼지란 일명 분진이라고도 불리며 대기 중에 떠다니거나 흩날려 내려오는 입자상 물질 중 하나입니다. 보통 0.1-500 마이크로미터 입자를 가지며 입자 크기에 따라서 강하분진 (침강하기 쉬운 입자), 부유분진 (입자가 미세하고 가벼워 침강이 어려워 장기간 대기 중에 체류)로 나눠질 수 있습니다. TSP는 대기 중 부분먼지의 총합을 의미하며, 주요 배출원으로는 화석연료를 사용하는 각종 연소시설, 소각시설, 열처리 시설, 석유정제, 석유화학제품 제조시설, 건조, 가역, 탈황시설, 비포장도로, 나대지 등에서 발생됩니다. 
• 미립자 물질(PM-10, PM-2.5): 지금 10 마이크로미터 이하로 눈에 보이지 않을 만큼 미세한 입자 먼지를 의미합니다. 크기에 따라 PM‑10(10 마이크로 이하 미세먼지), PM‑2.5(2.5 마이크로 이하 초미세먼지)로 구분할 수 있습니다. 발생 원인은 자연적 요인과 인위적 요인으로 나눌 수 있습니다. 자연적으로 생성되어 대기로 유입되는 미세먼지로는 토양 입자, 소금입자, 꽃가루, 균류 포자, 박테리아, 화산재 등이 있습니다. 이를 제외한 대부분의 미세먼지들은 일상생활과 교통, 산업 활동 등에 의해 발생하며 공장·발전소·농장 등 사업장, 도로(자동차), 가정에서 연소, 배기가스 배출 등에 의해 생성됩니다. 미세먼지는 빛을 산란시켜 대기를 혼탁하게 만들고, 식물 잎 표면에 쌓여 신진대사를 방해를 하고 건축물이나 동상 등 설치물에 쌓여 부식을 유발합니다. 또한, 호흡기와 폐 질환을 비롯하여 피부 및 안구 질환 등 원인이 되어 인체에도 큰 위협을 줄 수 있습니다. 미세먼지는 일반 먼지와 달리 코, 구강, 기관지에서 걸러지지 않고 신체에 축적되는 특징을 가지고 있고 PM‑2.5 경우 폐포까지 침투하고 혈관으로도 들어가 심혈관 질환도 일으킬 수 있습니다. 

Source: US.EPA

• 질소 산화물(NOx: Nitrogen Oxides): 질소산화물에는 안정한 N2O, NO, N2O3, NO2, N2O5 등과 불안정한 NO3가 존재하며, 대기환경에 문제를 발생시키는 일산화질소(NO), 이산화질소(NO2)들을 대기염측면에서 질소산화물(NOx)이라 합니다. 주요 배출원은 화학물질 제조공정, 질산에 의한 금속 등 처리공정, 화석연료를 사용하는 내연 기관 및 연소시설 등을 통해서 발생됩니다. 질소산화물은 스모그와 산성비를 유발하여 인간 건강을 해칠 수 있는 반응성 높은 가스 그룹이며, 일산화질소보다 고농도 이산화질소가 인체에 노출되면 눈, 코 등 점막에서 만성 기관지염, 폐렴, 폐출혈, 폐수종 발병으로까지 발전할 수 있는 것으로 보고되고 있으며, 식물에 대한 피해로는 식물세포를 파괴하여 꽃식물의 잎에 갈색이나 흑갈색 반점이 발생되게 됩니다.

Source: https://open.uj.edu.pl/mod/page/view.php?id=1292&lang=no

• 황산화물(SOx: Sulfur Oxides): 황분이 산화하면서 생성하는 이산화황(SO2), 삼산화황(SO3, 황산가스)을 황산화물로로 나타내며, 이산화황은 공기 중에서 쉽게 삼산화황으로 산화하여 황산염이 되거나 수분과 반응하여 미세한 황산방울(H2SO4)이 형성됩니다. 주요 배출은 난방/발전용, 산업용 연소시설, 금속 용융 및 제련, 석유정제 및 화학비료제조, 석탄 및 석유 연소과정 등을 통해 배출됩니다. 대기대기 중 이산화황은 수용성이 크기 때문에 호흡작용에 의해 그 대부분이 상기도에 흡수되어 기관지, 눈, 코 등 점막을 통해 자극을 주며 만성노출이 되면 폐렴, 기관지염, 천식, 폐기종 등 질환이 나타날 수 있습니다. 

Source: Stefan Franzen, 2008. NC State University

• 휘발성유기화합물 (VOCs: Volatile Organic Compounds): 증기압이 높아 대기 중으로 쉽게 증발되고, 대기 중에서 질소산화물과 공존 시 태양광 작용을 받아 광화학 반응을 일으켜 오존 및 질산과산화아세틸(PAN, Peroxyacetyl nitrate) 등 광화학산화성 물질을 생성시켜 광화학스모그를 유발하는 물질 총칭하고 있는 물질입니다. 주요 배출은 유기용제를 사용하는 도장 시설, 석유정제 및 석유화학제품 제조시설, 정유사 및 저유소 저장시설과 출하 시설 및 주유소, 세탁소 및 인쇄소 등에서 일부분 배출되고 자동차, 기차, 선박, 비행기 등 배기가스에도 다량 휘발성 유기화합물질을 포함하고 있습니다. 그리고 인간 일상생활과 밀접한 관계가 있는 소비 상품인 실내공기 청정 물질, 스프레이나 건축자재 등에서도 많이 배출되는 특징을 가지고 있습니다. 휘발성 유기화합물은 독성화학 물질이면서 광화학산화물 전구물질로 대기 중 미량으로 존재하더라도 신체 발암가능성을 가지고 있습니다. 

Source: Davide et al., 2021, Environmental Research and Public Health.

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• 암모니아(NH3: Ammonia): 질소와 수소로 이루어진 화합물로서 자극성이 강한 무색 부식성 알칼리성 기체로써 대기 중 황산화물, 질소산화물 등과 반응하여 황산암모늄, 질산암모늄 등 2차 대기오염물질을 생성하게 됩니다. 주요 배출은 주로 생산공정 시설, 농업부문 가축 및 비료 사용, 사람 분뇨에 의해 발생됩니다. 암모니아는 저농도에서 미약한 피부 발작 작용이 있고, 고농도에서는 격렬한 피부 반응을 일으키는 자극성 기체 중 하나입니다.

• 일산화탄소(CO: Carbon monoxide): 무색, 무취 유독성 가스로 탄소 성분이 불완전 연소 시 발생됩니다. 주요 배출원은 주로 수송 부문이 차지하고 있으며, 산업 공정과 비수송부문 연료 연소에서 도 많은 배출이 이루어지고 있습니다, 그리고, 산불과 같은 자연 발생원 및 주방, 담배연기, 지역난방에서도 일산화탄소가 발생됩니다. 인체 영향은 혈액순환 중에서 산소 운반 역할을 하는 헤모글로빈을 카르복시헤모글로빈(CO‑Hb)으로 변성시켜 산소 운반 기능을 저하시키며, 고농도 일산화탄소는 유독성이 있어 건강한 사람에게도 치명적인 신체적 영향을 미칠 수 있습니다.

Source: https://workplacelearningsystem.com

• 오존(O3): 이롭고 유해한 대기 오염 물질인 고반응성 가스입니다. 지상에서는 호흡기 문제를 일으킬 수 있으며, 상층 대기에서는 유해한 UV 방사선으로부터 보호합니다.

Source: 조선맴버스

• 블랙 카본(BC: Black Carbon): 연료(석탄, 석유, 가스)가 스스로 불완전 연소가 되는 현상으로 산불 또는 생물성 연소 등에서 발생하는 입자상 물질(soot)을 나타내고 있습니다. 보통 자동차 매연이나 아궁이에서 나오는 검은 연기가 이에 포함됩니다. 블랙 카본을 장기간 흡입 하게 되면 폐기능과 인지능력 저하를 유발하게 됩니다. 블랙카본은 가시광선을 흡수해 적외선으로 전환시켜 대기 중으로 배출하는데, 이때 열을 함께 배출시키기 때문에 지구 온난화에 큰 영향을 미칠 수 있습니다. 실제로 지구온난화에 영향을 미치는 정도는 이산화탄소가 40% 정도이고, 블랙 카본은 두 번째로 높은 18% 정도인 것으로 알려져 있습니다. 

Source: Climate & clean air coalition

 

4. 대기오염이 우리 환경에 미치는 영향

대기오염은 공중보건, 환경 및 경제에 광범위한 영향을 미치며 우리 환경에 미치는 영향은 다음과 같습니다.

• 건강에 미치는 영향: 대기 오염은 천식 및 기관지염과 같은 호흡기 문제를 일으킬 수 있으며 심장병, 뇌졸중 및 폐암의 위험을 증가시킬 수도 있습니다. 또한 태아, 영유아 및 소아의 발달에 해를 끼칠 수 있으며 면역 체계를 약화시킬 수 있습니다.
• 환경적 영향: 대기 오염은 생태계와 야생 동물에 피해를 주어 숲, 농작물, 수역에 피해를 줄 수 있습니다. 또한 토양 및 수질 오염에 기여할 수 있습니다.
• 기후 변화: 이산화탄소와 같은 특정 대기 오염 물질은 지구 온난화와 기후 변화에 기여하는 온실 가스입니다.
• 가시성 감소: 대기 오염은 연무를 유발하고 경치에 영향을 미치며 사람들이 멀리 있는 물체를 보기 어렵게 만들어 가시성을 감소시킬 수 있습니다.
• 경제적 영향: 대기 오염은 관광 및 레크리에이션에 피해를 주고 재산 가치를 떨어뜨리며 의료 비용을 증가시킬 수 있습니다. 또한 농작물과 가축의 생산성에 영향을 미치고 건물과 문화 유적지에 피해를 줄 수 있습니다.

 

5. 대기오염에 대한 해결책

대기오염의 영향을 줄이고 해결하기 위해서는 정부, 산업, 지역 사회 및 개인의 집단적 행동과 참여가 필요합니다. 대기 오염을 해결하기 위한 대책은 다음과 같습니다. 

• 운송으로 인한 배출 감소: 전기 자동차와 같은 저배출 차량의 사용과 대중교통 시스템 개선을 통해 달성할 수 있습니다.
• 에너지 효율성 향상: 에너지 절약형 전구 사용 및 에너지 낭비 감소와 같은 에너지 효율적인 기술 및 관행을 사용하여 달성할 수 있습니다.
• 재생 가능한 에너지원 홍보: 기존의 화석 연료보다 배출량이 훨씬 적은 태양열, 풍력 및 수력 발전의 사용 증가가 포함될 수 있습니다.
• 산업 배출 규제: 대기 품질 기준을 설정 및 시행하고 청정 생산기술 및 관행의 사용을 촉진하는 것이 포함될 수 있습니다.
• 폐기물 감소: 폐기물 감소, 재사용 및 재활용, 퇴비화 및 소각과 같은 폐기물 관리 관행 개선이 포함될 수 있습니다.
• 지속 가능한 농업 촉진: 비료 및 살충제 사용 감소, 유기농법 촉진, 지속 가능한 토지 사용 관행 사용이 포함될 수 있습니다.
• 대중 교육: 대기 오염의 원인과 결과에 대한 인식을 높이고 개인과 지역 사회가 배출량을 줄이기 위한 조치를 취하도록 장려 교육이 필요합니다.