초미세먼지(PM2.5) 등 미세입자 오염 - 탄소중립, 배출가스 저감이 필요한 또 다른 이유

먼지는 입자상 물질(particulate matter; PM)이라고도 하는데 먼지는 자연적으로 생성되기도 하고 인위적인 배출원에서 대기로 직접 배출되거나 기체 상태로 배출된 후 입자로 변환되는 경우도 있습니다. 공기 중에 부유하는고체나 액체 상태의 입자를 통틀어서 TSP (Total Suspended Particle)라고 하고 그 중 크기가 작은  직경 10 µm 이하의 먼지를 PM10, 직경 2.5 µm 이하의 먼지를 PM2.5, 직경 1 µm 이하의 먼지를 PM1 등으로 표시하고 있습니다. 우리나라 환경부에서는 편의상  PM10을 미세먼지, PM2.5를 초미세먼지, PM1을 극초미세먼지로 구분하여 일컫고 있습니다. 그런데 이러한 용어는 국제적으로도 국내 학계에서도 통일적으로 정해지지 않았기 때문에 정확한 표현을 위해서는 PM10, PM2.5 등의 용어로 표현하는 것이 옳습니다.미세먼지의 크기는 머리카락의 직경이 대략 50 µm이므로 아래 그림을 참고하면 그 크기를 짐작하기 편하실 겁니다.  직경이 1~10 µm 정도의 먼지는 사실 육안으로 관찰은 힘들며 광학현미경에서도 1 µm를 보려면 1000배정도의 고배율에서도 하나의 점으로만 보입니다. 이러한 먼지의 형태를 하나씩 확인하려면 전자현미경의 도움을 받아야하는 매우 힘든 작업입니다. 그리고  참고로 이 때의 직경은 공기역학적 직경을 의미합니다. 먼지 하나하나의 크기를 일일이 현미경 등으로 측정하는 것은 현실적으로(시간, 경제적으로) 불가능하기 때문에 입자의 크기에 따라 달라지는 침강력, 원심력 등의 차이를 이용하여 특정한 유속조건 등을 인위적으로 만들어 그 조건에서 채집되고 분류되는 입자들을 특정 직경의 입자로 가정하여 일컫는 것을 공기역학적 직경이라고 합니다. 

미세먼지 크기 비교 (출처 : USEPA, https://www.epa.gov/pm-pollution/particulate-matter-pm-basics)

먼지는 바다로부터의 해염입자, 토양먼지, 꽃가루 등 자연발생원에서도 많은 양이 발생합니다. 이렇게 발생되는 먼지는 보통 직경이 큰 먼지들입니다.  이러한 큰 먼지들은 대체적으로 코나 기관지의 점액에 포집되어 코를 푼다든지 기침을 한다든지, 기관지 내의 섬모작용에 의해 가래 등으로 몸 밖으로 배출되어 우리 신체에 큰 악영향을 끼치는 사례는 드뭅니다. 그런데 미세먼지는 크기가 작기 때문에 폐의 좀 더 깊은 곳 즉 세기관지 이후까지도 도달하게 됩니다. 세기관지의 끝 부분에는 폐포(허파꽈리)라고 불리는 포도송이 모양의 기관이 수없이 많이 있는데(3억개 정도) 여기에서 분압의 차이에 의한 확산작용에 의해 대기중의 산소가 혈액으로 들어오고 몸속의 이산화탄소가 기관지로 배출되는 가스교환이 이루어지는 중요한 곳입니다. 깊숙히 침투한 미세먼지는 잘 배출되지 않고 체내에 남아있거나 몸 속으로 유입되어 문제를 일으키게 됩니다. 대체적으로 PM2.5는 기관지와 세기관지 까지, PM1은 폐포까지 침투할 수 있고 이보다 더 작은 입자는 폐포를 통과하여 혈액속으로 유입되어 온몸을 돌아다닐 수 있다고 합니다.  즉 PM10보다는 PM2.5, PM1이 건강에 미치는 영향이 더 큽니다. 우리나라의 미세먼지정책은 현재 PM2.5를 중심으로 이뤄지고 있습니다. PM1이 더 유해하기는 하지만 경제적, 기술적인 면을 고려해야하기 때문입니다. PM2.5를 중심으로 미세먼지가 관리된 시기도 2015년 경으로 현재 채 십년이 되지 않았습니다.

먼지 중 우리나라에서 집중 관리되고 있는 초미세먼지(PM-2.5)의 성분을 분석해보면 수천가지 이상의 다양한 물질이 검출되지만 크게 분류하면 이온성분(황산염, 질산염, 암모늄염 등), 탄소성분, 금속성분 이렇게 크게 3가지로 대별됩니다. 우리나라에서는 이 중에서 특히 이온성분과 탄소 성분의 함유량이 많아 PM-2.5 질량의 90 % 이상을 차지하는 경우가 많습니다. 그리고 대기중으로 입자상 물질이 직접 배출되는 경우보다 대기로 배출된 가스상 물질이 복잡한 화학과정을 거쳐 입자로 변환되는 2차생성물이 PM-2.5 질량의 75 %로 많은 부분을 차지하고 있습니다.  그리고 PM-2.5의 발생원은 자연적인 원인도 있지만 대부분이 자동차의 내연기관이나 산업체, 화력발전소 등에서의 배출가스 등 화석연료의 연소에 의한 경우가 대부분입니다.
 

PM2.5의 주요성분 및 발생원

미세먼지에 있어서는 크기가 작을수록 인체에 더 해롭습니다. 크기가 작을 수록 폐의 더 깊은 부분까지 유입되어 체외로 배출되기 어려우며, 입자가 작으면 비표면적이 크므로 더욱 많은 유해물질을 표면에 흡착하여 인체내부로 유입시키기 때문입니다. 인체에 유입된 미세먼지는 폐에 염증을 일으키거나 천식과 같은 호흡기계 질병을 악화시키고 폐 기능의 저하를 초래합니다. 또한 유기탄소, 중금속 등 유해물질을 체내로 유입시켜 심장병이나 혈관장애 등을 유발할 수도 있습니다. 또한 2013년 세계보건기구(WHO )산하 국제암연구소(IARC)는에서는 미세먼지를 발암물질로 발표하였습니다. 암과 충분한 인과관계가 있기는 하겠지만 특정물질이 아닌 미세먼지라는 두리뭉실한 개념의 입자를 발암물질로 지정한 것은 다소 이해하기 어렵습니다만 그만큼 인간이 비자발적으로 노출되기 쉽고 위해성을 강조할 필요가 있기 때문으로 생각됩니다.
이렇듯 우리가 피할래야 피할수 없는 대기중의 미세먼지는 우리를 두려움에 떨게하고 있습니다.
 
그렇다면 이러한 미세먼지 오염이 최근에 갑자기 나타난 것일까요? 아닙니다. 예전부터 우리 주변에서 있었습니다. 다행히도 아래 표에서 볼 수 있듯이 경제가 발전하고 대기환경에 대한 관심이 증가함에 따라 약간씩 미세먼지의 오염도는 감소하고 있습니다. 주요 감소 원인은 천연가스 등 청정연료 사용의 비율이 증가하고, 연소시설에 오염저감장치가 설치되는 등의 개선조치가 행해졌기 때문입니다.

전국 추이측정소(52개소)의 연간 미세먼지 변화(2021 대기환경연보, 국립환경과학원)

아래 표를 보시면 우리나라 각 지역의 초미세먼지(PM2.5) 분포를 볼 수 있습니다. 붉은색에 가까운 색이 미세먼지가 높은 곳인데 경기도와 충청도 북부 등 서해안 지역의 초미세먼지 농도가 상대적으로 높은 것을 볼 수 있습니다.  이것은 중국에서의 미세먼지 유입 영향 또는 우리나라 인구의 50 % 이상이 집중된 경인지방에서의 자체적인 배출량 증가도 원인이 될 수 있습니다.  부산, 울산 쪽도 자동차나 산업시설이 많은데 초미세먼지 농도가 낮은 것을 보면 중국 영향이 많이 의심되기는 합니다.

PM2.5 전국 분포(2021 대기환경연보, 국립환경과학원)

 아래 그래프에서 몇몇 국가와 우리나라의 서울의 초미세먼지(PM2.5)를 비교해봤습니다. 유럽이나 미국 도시에 비해서는 서울의 초미세먼지가 높은 편입니다. 하지만  중국보다는 서울의 초미세먼지가 낮군요. 중국은 337개 도시의 평균값만 찾을 수 있었습니다. 북경이나 상하이, 텐진의  초미세먼지는 어떨지 궁금합니다. 우리나라도 한 때는 서울의 미세먼지 농도가 비밀인 때가 있었습니다. 중국도 상세한 미세먼지 농도를 공개하고 국제환경협력에 동참했으면 좋겠습니다.

해외 주요도시와 PM2.5 오염도 비교(에어코리아  자료, httpswww.airkorea.or.krwebcontentscontentViewpMENU_NO=127&cntnts_no=4)  중국은 337개 도시 평균

 도시화, 산업화로 인한 환경 변화는 대기 중에 발암물질   뿐 아니라 기후위기의 재앙까지 예고하고 있습니다. 우리나라도 환경위기에 대응할 수 있는 사회로 발전해야겠습니다만 아직 발등에 불이 떨어지지 않은 것 같습니다.