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('20년 연구과제) 서울시 교통혼잡도로변 차량 발생 대기오염물질 특성 규명

최우석, 신성균, 송민영, 이기용 2021.01.29 378

서울시 교통혼잡도로변 차량 발생 대기오염물질 특성 규명

연구책임 : 최우석 기후환경연구실 수석연구원

연구진 : 신성균 기후환경연구실 연구위원​ 송민영 기후환경연구실 수석연구원 이기용 기후환경연구실 전임연구원


도심지 교통혼잡도로변 대기환경 조건에 따라 초미세먼지 2차 생성량이 달라져 미세먼지 전구물질 현황 파악과 관리 시급

서울시 대기오염물질은 도로이동오염원에서 다량 배출되는 것으로 알려져


최근 고농도 미세먼지뿐만 아니라 대기 중 오존이나 발암물질 같은 전반적인 대기오염물질에 대한 관심이 증가하고 있음

미세먼지를 비롯한 대기오염물질은 중국을 비롯한 국외로부터 장거리 수송되어 오거나 발전소, 사업장, 차량 등 지역적인 배출원에서 대기 중으로 배출됨

서울시내 부문별 대기오염물질 배출량을 살펴보면, 도로이동오염원에서 배출된 대기오염물질 비중이 타 시도에 비해 상당히 높은 것으로 나타남


[그림 1] 서울시 대기오염물질 부문별 배출량

따라서 서울시 도로이동오염원에서 배출되는 대기오염물질의 정밀한 실측 기반 현황파악 연구가 필요함

이를 통해 서울시 대기환경 개선 방안의 효과적 전략 수립이 도출될 것으로 기대함

실측을 통한 교통혼잡도로변 대기오염물질 종류와 농도 현황 파악


현재 서울시는 총 56개 대기측정소를 운영하고 있으나, 대부분 일반대기오염물질과 기상조건 등 공통항목(미세먼지, 초미세먼지, 오존, 이산화질소, 일산화탄소, 아황산가스, 온도, 습도, 풍향, 풍속) 중심으로 측정이 수행되고 있음

초미세먼지의 2차 생성 현황 파악을 비롯하여 블랙카본, 휘발성유기화합물 등 특수대기오염물질 분석을 위해 광화문광장에 대기오염물질 측정 장비를 탑재한 이동식 트레일러와 복정역 공영주차장에 컨테이너를 설치하여 정밀 측정 수행

서울시 중심 도심지와 외곽도로변 대기오염물질 측정 결과를 비교해 지점별 대기오염물질 종류와 농도 등 도로변 대기환경 현황 파악

[그림 2] 복정역 공영주차장 컨테이너 측정소(좌측), 광화문광장 이동식 트레일러 측정소(우측)

202091~15, 15일 동안 두 지점에서 도로변 대기오염물질 측정을 수행한 결과, 초미세먼지 농도는 광화문광장에서 더 높았음

[그림 3] 측정기간 복정역 공영주차장의 초미세먼지 농도 변화(빨간 선은 광화문광장 측정값)

광화문광장의 고비율 가스상 전구물질은 초미세먼지 2차 생성을 유발하는 호조건


대기 중 화학반응으로 초미세먼지를 생성시킬 수 있는 가스상 전구물질 비율이 광화문광장에서 대체로 높게 나타나는 것은 2차 초미세먼지 생성을 유발하는 조건임

초미세먼지 전구물질 중 광화문광장에서는 암모니아 농도가 대체로 높고, 복정역 공영주차장에서는 아황산가스 농도가 상대적으로 높게 나타남


[그림 4] 광화문광장과 복정역 공영주차장의 암모니아(NH3)와 아황산 가스(SO2) 농도 일변화


암모늄이온이 먼저 대기 중 황산염과 반응 후 남은 암모늄이 질산염과 반응하게 되는데, 복정역 공영주차장에서는 황산염과 반응해 2차 초미세먼지 생성이 종결되지만 광화문광장에서는 질산염까지 반응에 가세하면서 2차 생성이 활발히 나타남

[그림 5] 지점별 대기 중 암모늄, 질산염, 황산염 비율

광화문광장의 도심 환경은 광화학반응을 통한 오존 생성에도 유리한 조건

광화문광장의 경우, 낮 시간에 질소산화물과 휘발성유기화합물 농도 증가로 햇빛이 가장 강한 12~14시에 광화학반응을 통해 오존 농도가 최고치에 도달함

복정역에서의 오존 농도는 광화문과 동일하게 12~14시에 최고치였으나 바람 등 다른 여러 가지 환경조건들에 의해 질소산화물 및 휘발성유기화합물과의 관련성이 다소 낮음


[그림 6] 광화문광장과 복정역 공영주차장의 일별, 시간별 가스상 농도

초미세먼지 2차 생성을 저감하여 도로변 대기환경 관리를 위한 실행 방안 제안

현재 주로 초미세먼지의 1차 배출 저감과 비산먼지 제거에 초점이 맞추어져 있으나, 도심지에서 2차적 생성이 중요하다는 점이 밝혀졌으므로 2차 생성을 줄이기 위해 대기순환을 확보하거나 전구물질 배출 규제가 필요함

도심지에서 2차 초미세먼지 생성에 암모니아의 농도가 매우 중요한 인자임이 밝혀졌으므로, 도심지 암모니아 배출원의 중점 관리가 필요함

이러한 도심지 대기환경 관리를 위하여 도시 대기오염물질 측정망에서 암모니아와 2 초미세먼지 생성을 유발할 수 있는 휘발성유기화합물, 발암물질로 알려진 블랙카본 측정이 추가되어야 함