(재)그린패트롤국제환경기술연구원

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지난 호에서는 미세먼지 특집을 1부와 2부로 나눠서, 1부에서는 작은 굴뚝(중소 사업장)들이 정부의 미세먼지 저감대책에 부응하기 위해 선결되어야 할 과제가 무엇인지 살펴보았다. 그리고 2부에서는 전문가가 진단하는 미세먼지 문제의 해결방안을 들어보았다. 이번 호에서는 기업의 친환경 경영과 환경규제의 선도적 이행을 위한 환경산업기술의 동향을 살펴보고자 한다. 

▲ 굴뚝자동측정시스템의 구성

미세먼지 측정기술의 한계 
미세먼지를 포함한 모든 환경문제 해결을 위해서는 미세먼지에 대한 정확한 분석이 필요하다. 단순히 법이나 규제 혹은 제도에 초점을 두는 대신 올바른 대응을 위해 선행되어야 할 것이 무엇인지부터 살피는 것이 순서일 것이다. 즉, 미세먼지의 개념 자체가 환경법제에서 명확하게 규정되어 규제되고 있는지, 미세먼지 측정이 정확하게 되고 있는지 살펴보는 게 중요하다.

초미세먼지(PM2.5)는 먼지의 직경이 2.5μm 이하 미세먼지(PM10)는 10μm 이하의 먼지를 의미한다. 일반적으로 PM2.5는 화학반응에 의해 생기고 PM10은 기계적인 작용에 의해 발생하는 것으로 알려져 있다.

미세먼지와 초미세먼지는 1차 대기오염물질과 2차 대기오염물질로 구성되어 있다. 특히 2차 대기오염물질의 비중이 높았던 때에 초미세먼지 고농도 발생 경향을 보인 것으로 미루어, 초미세먼지의 농도를 줄이기 위해서는 배출원뿐만 아니라 발생원에 관여하는 전구물질의 배출에도 초점이 맞춰줘야 할 필요성이 제기되고 있다.

하지만 현재의 과학기술로는 미세먼지 측정 자체가 어렵다는 게 환경전문가들의 중론이다. 사업장마다 오염물질에 대한 명확한 규명이 어려워서 농도 기준인 배출허용기준의 강화만으로는 실질적인 배출량 저감대책의 효율성에 의문을 제기한다.

지난 호에서 언급한 바와 같이 대기 및 폐기물 관련 환경설비업체인 KC코트렐(주) 홍정희 팀장은 “지금도 다양한 연구는 계속되고 있으나, 오염물질에 대한 정확한 정의가 없고, 어떤 물질로 제거할 수 있는지 정확한 데이터도 충분치 않다”며, “더욱이 연구 자체가 어려울 뿐 아니라 환경이 다른 곳에서 똑같은 프로세스를 통해 측정한다는 것도 쉬운 부분이 아니다”고 말했다.

미세먼지 측정기술 R&D에 우선 
그만큼 미세먼지 측정기술이 충분하게 뒷받침이 되고 있지 못한 상황에서 미세먼지 저감대책은 미세먼지 측정기술에 대한 R&D에 우선할 수밖에 없다. 미세먼지를 대기환경보전법에서 대기오염물질로 독립하여 규정하고, 그 배출허용기준 역시 명확하게 설정이 되어야 하는 이유다. 그런 연후라야 이를 근거로 노후 석탄화력발전소나 경유차 등에 대한 집중적인 관리가 가능해질 것이기 때문이다. 

미세먼지(초미세먼지 포함)의 객관적이고 과학적인 원인 규명은 미세먼지의 물리화학적 특성을 측정할 수 있는 기술력 수반이 필수다. 근본적인 미세먼지의 물리화학적 특성자료를 측정하는 것은 물론이고, 객관적이며 장기적인 자료가 확보되어야 한다. 이는 미세먼지의 국내 원인을 규명하고 외부 유입에 대한 과학적인 근거를 마련하는 기초가 될 것이기 있기 때문이다. 미세먼지의 정확한 내외부의 원인 규명을 통해 최적의 솔루션과 실효성 있는 규제정책을 세울 수가 있게 된다. 또 중국이나 일본 등 주변국과의 외교적 협상도 원활하게 진행할 수 있을 것이다.

미세먼지의 특성 규명은 신속하고도 다양하게, 다량의 포집을 통해 오랜 시간 연구되어야 할 필요성이 있다. 짧은 시간의 지상관측뿐만 아니라 입체적 모니터링도 미세먼지의 원인과 이동 경로를 규명하는 데 상당히 중요한 비중을 차지한다.

▲ DJI s1000+

드론 이용 3차원적 오염분포 분석 가능 
정부의 미세먼지 범부처 프로젝트는 △미세먼지 발생과 유입, △측정과 예보, △집진과 저감, △국민 생활보호와 대응 등 4대 부문별 현안 해결을 위해 R&D를 추진 중이다. 그중에서 한국환경산업기술원의 R&D기술로 개발된 ‘무인항공기 시스템(드론)을 이용한 초미세먼지 측정시스템’을 주목할 수 있다. ‘무인항공기 시스템(드론)을 이용한 초미세먼지 측정시스템 개발’은 단기사업화 기술개발에 속해 있는 이동형 오염물질 감시기술을 말한다.

▲ Feiyu Skywaker X-8 (Balloon type)

한양대학교 산학협력단이 연구개발한 ‘무인항공기 시스템을 이용한 초미세먼지 측정시스템’은 초소형 타입의 ‘Dji s1000+’가 있고, 벌룬 타입의 ‘Feiyu skywalker x-8’가 있다. 이밖에도 다양한 형태를 띠고 있다. 초미세먼지의 질량농도와 미세먼지의 개수농도를 ‘동시에’ 측정하면서, 하늘로 올라가며 바뀌는 온도와 압력 등의 변화에 빠르게 적응할 수 있는 ‘초소형’ 측정기인 셈이다.

또, 실시간 계측자료의 유무선 통신시스템을 개발하고, 실시간으로 측정된 미세먼지를 3차원으로 분석 가능한 운영시스템까지 개발했다. 무게 1kg 이내로 무척 가벼워서 크기가 크지 않은 드론에 부착하여도 무리 없이 비행할 수 있는 것과 드론에 부착하지 않고 고속이동체(차량, 지하철) 등에 부착하여 3차원적인 정보를 수집할 수 있는 점은 다른 측정시스템과의 차별화된 장점이다. 

온도나 기압이 매우 낮아서 측정이 어려웠던 시스템들도 보완하여 ‘극한 환경’에서도 측정이 가능해졌다. 곧 실용화를 앞두고 있는데 현재 75km/h까지 등속측정이 가능해졌고, 1km 이상의 고도(저온, 저압)에서도 측정 가능한 시스템은 검증을 완료한 상태다.

이제 ‘무인항공기 시스템(드론)을 이용한 초미세먼지 측정시스템’을 통해 우선은 3차원적 오염분포를 확인할 수 있어 오염원의 위치 파악이 용이하다. 그리고 두 번째는 실용화되었을 때 시뮬레이션 프로그램에 정확한 경계조건이 제공되어 초미세먼지 예보의 질적인 향상을 기대할 수 있다. 세 번째로는 해외에서 유입되는 미세먼지 양이나 유입경로, 유입 시기 등에 대한 자료를 획득하여 정부의 국내외 대기오염 대응방안 수립이 가능해진다.

이를 통해 미세먼지가 많이 유입되는 중국뿐만 아니라 외부지역의 정확한 유입경로를 ‘무인항공기 시스템을 이용한 초미세먼지 측정시스템’을 통해 알아내어 그에 대한 대비책을 세울 수가 있게 된다.

▲ 중국 호북성 무한시 현장적용실험

미세먼지(PM2.5) 농도 자동측정기 국산화 성공 
대전에 소재하고 있는 ㈜켄텍은 환경부와 한국환경산업기술원의 R&D 사업의 일환인 ‘그린패트롤 측정기술개발사업단’에 참여하여 미세먼지 연속 자동측정기 생산을 본격화했다. 미세먼지 연속 자동측정기는 환경부와 지자체에서 운영하는 대기오염 자동측정망과 실내공기질 자동측정망에 설치되면, 실시간으로 대기질 및 실내공기질 미세먼지 측정에 활용할 수 있다.

▲ 켄텍이 개발한 미세먼지(PM2.5)     자동측정기기(고정형)

그동안 정부가 운영하는 대기오염 측정소(2018년 9월 말 기준 443곳)에서 사용 중인 미세먼지(PM2.5) 농도 자동측정기는 외국산 장비뿐이었는데, 베타선(β-ray) 흡수방식의 미세먼지(PM2.5) 농도 연속 자동측정기를 국산화한 것이다. 이상화 환경산업처장은 “2015년 1월부터 2018년 4월까지 정부 출연금 약 10억 원이 투입되어 개발된 장비다”며 “이번 미세먼지 연속 자동측정기는 측정방식이 저가의 센서 방식이 아닌 검출기 기반의 정밀 측정방식을 사용하는 것이 특징이다. 올해 약 310억 원의 수입대체 효과를 기대하고 있다”고 말했다.

여기서 말하는 베타선 흡수방식은 여과지에 채취된 먼지를 통과할 때 흡수되는 베타선의 세기를 측정하여 대기 중 미세먼지의 질량농도를 측정하는 방법이다. 또한 저가의 저가의 센서 방식은 장치 내로 유입된 공기에 빛을 쏘고, 공기 중 미세먼지에 의해 산란된 빛을 감지하여 질량농도로 환산하는 방식이다.

우리나라 대기오염물질은 제철소 등 대형사업장에서 많이 발생하고 있다. 제철소 등은 사업장의 미세먼지 배출 30% 저감기술 실증을 목표로 연구하고 있다. 이미 미세먼지 원인물질 중 질소산화물(NOx)과 황산화물(SOx)을 각각 90% 이상 제거기술이 확보되어 있다. 미세먼지 원인물질을 동시에 제거 가능한 필터기술도 개발 중이다.

환경산업기술원이 올해 미세먼지 문제를 해결하기 위해 R&D에 투자하는 예산은 167억 원이다. 이 중에는 생활밀착형 환경개선 핵심 사업도 눈여겨볼 만하다. 버스정류장 공간분리형 미세먼지 저감장치 차단펜스(에어필터)를 활용하여 버스정류장 내부의 미세먼지 농도를 외부보다 50% 이상 낮추는 것을 목표로 개발 중이다. 오는 8월에 경기 부천과 구리에 시범 적용할 계획이다. 과학기술발전과 더불어 정부 부처의 지속적인 연구개발은 철저한 대기관리 인프라가 구축될 것으로 기대된다.

[환경미디어= 김명화 기자]