| 초록 |
1. 개요 한국도 겨울에 접어들면서 연일 미세먼지와 관련된 뉴스가 보도되고 있으며, 마스크 착용이 일상화되고 맑은 하늘을 보기 어려운 날이 많아지면서 국민들의 건강을 위협받고 있다. 세계보건기구(World Health Organization)에 따르면 전 세계 인구의 92% 정도가 공기오염으로 인해서 피해를 입고 있다고 한다. 중국의 대기질과 관련한 사망자 수가 2012년 1,032,833명이었으며 미국은 38,043명이라고 보고하고 있다[1]. 인도의 경우 약 13억의 인구 중에서 6억 명 이상이 대기환경기준(National Ambient Air Quality Standard: NAAQS)이 평균보다 나쁜 지역에 거주하고 있다고 한다[2]. 한국도 예외는 아니며, 매년 14,000명 정도가 추가적으로 대기오염 때문에 사망한다고 한다. 미세먼지의 심각성은 굳이 다시 강조하지 않아도 될 거 같다. 이러한 대기오염으로 인한 경제적인 손실은 만만치 않으며, 국민 보건에도 악영향을 미칠 뿐만 아니라 노동생산성 저하로까지 이어진다. 이에 (초)미세먼지로 인한 환경성질환에 대한 연구들이 많이 진행되어왔다. 각종 기관지염, 천식 등의 호흡기질환과 같은 질병에 쉽게 노출될 수 있으며, 미세먼지는 폐에 쌓이고 다른 장기에도 침투하는 등 인체의 면역력을 약화시키며 암의 원인이 되기도 한다. 특히, 영·유아 및 노약자에게는 치명적이며 이는 앞서 언급한 공기오염으로 인한 사망률 중에서 많은 부분을 차지한다. 이와 관련하여 정부 및 지자체 차원에서 미세먼지가 주로 발생하는 도심 일부 지역에 노후된 차량의 운행을 제한하는 정책을 추진하기도 한다. 또한 차량의 미세먼지 처리 성능에 따라서 인증표를 발급하고 차량에 이를 부착하도록 할 수도 있다. 또한 미세먼지 비상 저감 조치 대책의 일환으로 미세먼지가 심각한 날에는 공공기관뿐만 아니라 민간기업도 차량 2부제 시행을 강제토록 하는 방안을 지자체별로 시행을 고려 중이다. 한 연구 결과에 따르면 자동차 2부제 운행이 미세먼지 감축에 미치는 영향에 있어서 대기의 흐름이 원활한 계절에는 그 효과가 그리 크지 않을 수도 있다는 것을 발견하였다. 그러나 대기 중에 오랫동안 머물러 있는 미세먼지 입자 특성상 대기가 정체되어 있는 겨울에는 상당한 효과를 볼 수 있다고 한다[3]. 이와 더불어 정부의 정책적 노력에는 미세먼지를 보다 정확하게 측정할 수 있는 장비 및 저감할 수 있는 기술개발이 선행되어야 한다. 본 보고서에서는 미세먼지 센서 기술 및 저감 신기술에 대해서 보다 자세히 살펴보고자 한다. 2. 미세먼지 측정 기술 미세먼지(Particulate Matter 10)는 입자의 직경이 10μm 이하인 먼지 입자를, 초미세먼지(Particulate Matter 2.5)는 입자의 직경이 2.5μm 이하인 먼지 입자를 의미한다. 이와 관련한 미세먼지 및 CO, O 3 , NO 2 , No와 같은 유해한 물질을 감지하는 기술의 종류부터 살펴보기로 한다. 미세먼지 센서 기술과 관련된 최근 연구 트렌드를 보면, 미세먼지 및 유해 오염물질을 보다 효과적으로 감소시키면서 제품의 가격은 낮추는 방향으로 연구들이 진행되고 있다. 우리의 실생활과 밀접한 연관이 있는 기술을 상용화함으로써 소비자들이 쉽게 구매할 수 있도록 가격경쟁력을 유지하는 방향으로 연구가 이루어짐을 알 수 있다. 2.1. 미세먼지 센서 대기 중의 미세먼지는 다양한 방법을 통해서 측정할 수 있다. 필터 방식의 미세먼지 중량 측정 방식, 베타 감쇠법, 광학적 방법 등이 이에 해당한다. 이 중에서 광학적 방식이 지금까지 가장 저렴한 방식으로 알려져왔다. 기기의 비용이 다른 방식에 비해서 상대적으로 저렴한 편이고, 전력 소모가 적으며 반응속도가 빠른 편이어서 주로 사용되어왔다. 광학 기술의 원리를 간단히 살펴보면[4], 이 기술에서는 광선이 기기로부터 나와서 대기 중에 있는 미세먼지에 빛이 발산하는 정도를 Photo-meter를 통해서 측정하게 된다. 0.3μm보다 큰 입자인 경우, 빛이 퍼지는 정도가 입자의 농도에 비례한다. 하지만 0.3μm보다 작은 입자인 경우, 빛이 충분히 퍼지지 않아서 광학적 방식으로는 측정이 어려운 편이다. 그래서 발산한 빛을 분포를 분석하거나 필터를 부착하는 간접적인 방식을 활용하여 작은 입자의 경우 측정률을 높이고 있다. 2.2. 가스 센서 가스 센서의 구동 원리는 미세먼지 측정기의 구동 원리와 크게 다르지 않다. 가스를 측정하기 위해서는 크게 두 가지 종류의 비용이 저렴한 센서가 존재한다. 메탈옥사이드(Metal-oxide-semiconductor) 반도체 센서와 전기화학적(Electrochemical) 센서가 그것에 해당한다. 첫째, 메탈옥사이드(MOS) 가스 센서는 감지하고자 하는 가스에 노출되었을 경우 메탈옥사이드의 화학적 특성이 변화하는 것을 활용하여 가스를 감지하는 기술이다. 휘발성유기화합물 및 혼합 가스 탐지를 할 수 있으며, 독창적인 알고리즘을 바탕으로 CO 2 레벨 변화가 가능하다. MOS 센서는 감도와 안정성이 높으며, 작은 입자도 감별이 가능하다. 반응속도도 빠른 것이 특징이며, 가볍고, 가격대도 저렴한 편이라서 실생활에 적용이 많이 되고 있으며, 공기청정기, 기상대, 전자레인지, 오븐 레인지 후드 등에 광범위하게 활용되고 있다. 둘째, 전기화학적 센서는 전압전류법을 이용하여 센서에 형성된 생물막의 정략적 측정을 통해서 가스의 존재 여부를 판별하는 기술이다. MOS 센서에 비해서 상대적으로 작은 입자의 가스를 감지할 수 있지만, 기기의 부피가 크고 가격이 조금 더 비싼 것이 단점이다. 하지만 메탈옥사이드 가스 센서보다 성능이 대체적으로 우수한 편이다. 3. 미세먼지 저감 기술 앞에서는 미세먼지 측정 기술에 대해서 살펴보았다면, 이번 세션에서는 미세먼지 저감 기술에 대해서 살펴보기로 하자. 실외 PM 2.5 농도를 단기간에 쉽게 줄이기는 어렵기 때문에 공간이 한정되어 있는 실내 PM 2.5 농도를 줄이는 노력은 거주자들의 건강을 위해서 아주 중요한 일이다. 본 보고서에서는 주로 실내 PM 2.5 농도를 줄일 수 있는 5가지 기술에 대해서 살펴보기로 하자. 3.1. 공기필터 많은 연구자들은 공기필터를 활용하여 실내의 미세먼지를 줄이는 노력을 기울이고 있다. Cao et al.는 다양한 실내 필터의 조합과 기존의 공조 설비를 통해서 가장 효과가 높은 실내 필터와 공조 설비 조합을 찾아내었다. 또한 기존의 설비와 가장 큰 시너지를 낼 수 있는 공기필터를 찾기 위한 노력은 지속적으로 이루어지고 있다. 앞에서 언급한 기존의 공기필터를 활용한 연구뿐만 아니라 새로운 소재를 이용하여 필터를 만들려고 하는 노력도 꾸준히 이어지고 있다. Zhao et al.는 electrospun Polyvinylidene Fluoride Fiber (PVDF)를 음극 파우더(Negative ion powders)를 첨가한 후 흡착율이 99.9%까지 향상되는 것을 발견하였다. Zhang et al.는 High-thermal-stability polyimide nanofibers를 활용하여 성능이 높은 공기필터를 제작하여 실외에서 자동차 배기가스와 같이 높은 온도에서 나오는 PM 2.5까지도 99.5%까지 걸러내는 것으로 확인되었다. 또 다른 연구 결과는 창문에 공기필터를 직접 부착하여 소비자들이 적은 비용으로도 공기청정기와 같은 효과를 누릴 수 있도록 만들기도 한다. 물론 이러한 실험 결과들은 이상적인 실험 환경에서 나온 측정 결과로서, 실제 우리가 살아가는 환경에서는 실험 결과보다 못한 낮은 수치가 나올 수 있다는 것은 인식할 필요가 있다. 안개가 자욱하게 끼인 도심의 출퇴근길에, 그 속에 함께 포함되어 있어 눈에 보이지 않는 미세먼지를 걱정하지 않을 수 없다. 자동차 에어컨 필터에도 PM 2.5를 걸러낼 수 있는 기능이 포함되어야만 한다. 가정뿐만 아니라 출퇴근할 때 자동차 안에서 많은 시간을 보내는 현대인들의 건강을 위해서도 이러한 정책은 수반되어야 한다. 이에 Midea, Haier, Panasonic, Gree, KELON 같은 회사들은 관련 제품 기술개발에 박차를 가하고 있다. 에너지등급까지 함께 표기하여 에너지효율 제품 여부도 판별해볼 수 있도록 하였다. PM 2.5 제거 효과가 가장 큰 제품은 표에서 알 수 있듯이 Haier와 KELON 제품이다[5 |
