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미세먼지 생성기작 연구

국내 연구 동향

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환경관리공단에서는 2005년부터 전국 97개 시, 군에 설치된 322개의 도시 대기 측정망, 도로변 대기 측정망, 국가배경 측정망, 교외 대기 측정망에 서 측정된 대기환경기준물질의 측정자료를 “에어코리아” 홈페이지를 통해 전국 실시간 대기오염도를 공개하고 있음

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대기환경기준물질 6개 항목(아황산가스, 일산화탄소, 이산화질소, 미세먼 지(PM10,PM2.5), 오존)에 대한 대기오염도를 대기오염 시계, 대기오염 달 력 등의 표현 방식과 접목하여 시간대별, 일자별, 요일별로 제공하며, 인 체 영향과 체감오염도를 반영한 통합대기환경지수도 동시에 제공

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이에 반해 해양 및 해안 대기질, 그리고 대기-해양 상호작용에 따른 미세 먼지 생성에 대해서는 상대적으로 연구가 미진하며, 연구 인프라 또한 제 한적으로 설치되어 있음

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해양 환경에서 실시된 대표적인 연구로 해양의 에어로졸 발생량 측정을 위해 해수 내 비용존성 입자와 생물기원 물질을 중심으로 측정했으며, 오 염원 주변지역과 생물 생산성이 높은 지역에서 비용존성 입자의 농도가 높은 것을 확인한 바 있음(Park et al., 2014)

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해양 인근 정점에서 진행된 미세먼지 연구는 주로 주변 오염원을 피하기 위해 제주 고산, 백령도 등의 정점을 선정하고 미세먼지의 농도 및 물리, 화학적 특성을 장기 모니터링한 결과가 대부분임

그림 2-5. 안면도 주변해양에서 해양-대기의 상호작용을 통한 PAHs의 계절적 플럭스 변동 (안준건 외, 2009)

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2008년 제주도 고산지역에서 PM10, PM2.5 모니터링 결과 기류가 중국대 륙과 한반도로부터 유입되었을 때 인위적인 오염원의 영향을 많이 받고, 북태평양이나 동해를 통해 유입되었을 때 오염원의 영향이 상대적으로 낮은 것을 확인함(이순봉 외, 2011)

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이와 별개로 안준건 외(2009)의 안면도에서 수행한 대기 중 가스상 PAHs 의 계절적 변동연구에 따르면 황해가 하계에 일부 저분자량 PAHs의 저장 고로 작용하며, 황해 대기오염의 발생원이 될 수 있음을 규명(그림 2-5).

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이 연구는 해양이 초미세먼지의 전구체가 될 수 있는 휘발성 유기화합물 질(VOCs)의 저장고 및 오염원이 될 수 있음을 시사함

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새 정부의 미세먼지 저감정책과 맞물려 부산, 울산, 인천 등 주요 항만도 시의 대기 오염도가 위험수준에 이르렀다는 진단이 나오면서 주요 항만 의 미세먼지 저감사업이 한층 탄력을 받고 있음

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또한 각 항만들은 그간 추진해왔던 그린포트 조성사업에서 한걸음 더 나 아가 항만전용 대기오염측정소를 설치하고 AMP (alternative maritime power) 시설을 확대하는 등 대응책을 적극 모색하고 있음(강미주, 2017)

그림 2-6. 세계 10대 초미세먼지 오염항만 (Wan et al., 2016)

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2016년 <네이처>에 따르면, 국내 대표 항만인 부산항은 중국 7개 항만, 두바이, 싱가포르와 함께‘세계 10대 초미세먼지 오염항만(The Dirty Ten)’으로 선정됨 (그림 2-6)

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2016년 부산의 초미세먼지 오염도는 전국 최고인 27 ug/㎥(환경기준 25) 를 기록하였으며, 선박·항만분야의 부산지역 초미세먼지 기여율이 44.5%

로 추정되고 있어 대책마련이 시급한 상황임

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최근까지 국내에서 진행된 항만 대기오염 관련 연구는 대부분 선박 운항 에 기인한 대기오염물질과 온실가스 규제 현황 및 배출 특성, 배출현황 등을 조사하고, 국내 연근해 선박으로부터 배출되는 대기오염물질과 온실 가스 배출량을 산정하기 위한 방법론을 설정하기 위한 연구가 주로 진행 됨(국립환경과학원, 2014)

국외 연구 동향

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지구적 규모의 생지화학적 사이클과 해양 에어로졸 생성과 변화, 대류권

오존의 형성과 소멸, 광산화 사이클, 성층권 오존 파괴 등의 과정에 미치 는 해양-대기 상호작용에 대한 연구가 활발히 진행 중임(Carpenter et al., 2012, 그림 2-7)

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해양 대기 중 이차생성 미세먼지(secondary organic aerosols, SOA) 연구결 과 dimethyl-, diethyl amine salt와 methanesulphonic acid가 가장 주요한 유기화합물이고, 이들이 해양에서 방출되는 가스상의 dimehtyl-, diethyl amine에서 기원함을 규명(Muller et al., 2009)

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해양 생물기원 VOCs의 경우 이전에는 대기 화학에서 기여도가 낮은 것으 로 평가되었으나, 최근에는 oxygenated VOCs (OVOC)가 OH 래디칼의 주 요한 제거기작으로 평가받고 있으며(Read et al., 2012), 해양기원 terpene 의 경우 원양 대기 중 SOA 생성원으로 추정되고 있음(Gantt et al., 2009).

특히, 해양 OVOCs 경우 해양기원의 아세트알데히드는 75-175 Tg yr-1에 이르는 것으로 평가되고 있음(Carpenter et al., 2012)

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선진국에서도 대부분 항만에서 발생하는 대기 오염물질이 주변도시에 미 치는 영향에 대한 연구가 다수이며, 대부분 수용체 모델을 이용하여 1차 발생원(primary emission)의 오염원을 규명하는 연구가 주로 진행됨

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최근에는 선박 배출가스에 의한 이차생성 미세먼지에 대한 연구가 추가 되고 있으며, 바르셀로나에서 실시된 연구에서는 선박 배출가스와 도시 대기오염이 결합되었을 때 이차생성 미세먼지의 발생을 가속화할 수 있 음을 보임(Perez et al., 2016)

그림 2-7. 대기에 미치는 해양 기원 에어로졸 및 VOCs의 영향 (Carpenter et al., 2012)