우리나라 해역 미세먼지 플럭스¹⁾ 기획 연구

심해저광물자원연구센터 김원년 책임연구원

우리나라를 포함한 동아시아는 세계적으로 미세먼지 농도가 높은 지역이다. 특히 해당 국가의 주요 도시들에서는 연간 200일 이상 미세먼지 농도가 기준치인 50 ug/m3 보다 높게 관측되는 등 ‘건강에 해로운(unhealthy)’ 수준의 대기질을 보이고 있다. 미세먼지는 호흡기 및 피부질환, 농작물과 가축 등의 폐사뿐만 아니라 유아 및 노약자 사망 등 막대한 사회·경제적 문제를 일으키고 피해 규모도 매년 증가하고 있는 바, 우리나라에서도 2017년 미세먼지사업단을 발족하여 미세먼지 기원 지역과 발생기작, 저감방안 등에 대한 범국가 차원의 연구가 활발히 진행되고 있다.

최근 환경부 발표자료 및 미항공우주국과의 공동연구 결과에 의하면, 상대적으로 국외 유입 영향이 적다고 평가되는 5월과 6월의 우리나라 미세먼지 가운데 중국 등 해외에서 발생한 미세먼지 비중이 30% 이상에 달하는 것으로 평가되었다(그림 1). 이에 장거리를 이동하는 미세먼지(월경성 미세먼지)의 양을 정량화하는 등 신뢰할 수 있는 대안 마련이 필요하며, 정확한 국내외 기여도를 측정하기 위해서는 상대적으로 오염의 영향이 적은 해양에서의 연구가 필수적이다. 특히, 해양 기원의 2차 미세먼지뿐만 아니라 선박 기원의 미세먼지 역시 정량화의 주요 변수로 작용할 수 있기 때문에, 이런 요인의 영향이 큰 연안(항구)에서의 미세먼지 연구가 상당히 중요하다.

그림 1. 국내 미세먼지 중국영향 비중

한국해양과학기술원은 종합해양과학조사선을 포함한 해양과학기지와 동해, 남해 연구소 및 울릉, 제주 센터, 백령도, 선갑도 등의 연구 인프라를 구축하고 있으며, 물리, 화학, 생물, 지질, 위성 등 다양한 전문연구인력을 보유하고 있다. 이러한 KIOST의 해양 연구 인프라를 바탕으로 분야 간 상호 유기적인 연구를 적극 추진한다면, 미세먼지의 기원지 추적과 유해물질 평가, 해양 거동 등 다양한 주제의 연구를 수행할 수 있을 것이다(그림 2). 예로써, 소청초-백령도-동해연구소-울릉센터를 광역적 연구 정점으로 설정함으로서 미세먼지의 국내 유입, 배출, 해양 유/출입 등에 대한 연구를 수행할 수 있다.

1) 주어진 방향에 대하여 수직인 단위 면적을 통하여 단위 시간당 특정 물리량이 수송되는 비율

그림 2. KIOST 연구분야의 상호연관성 및 활용 가능한 연구 인프라

다양한 연구주제 중, “우리나라 해역 미세먼지 플럭스 기획연구”에서는 해양에 특화된 미세먼지(해양 및 선박 기원)를 중점으로 한 연구를 기획하고 있다. 특히 항만 중심의 육상-해양 권역에서 미세먼지를 포함한 대기오염물질 배출량을 상세히 검증하고 행동특성을 파악하며, 해양에서 기원한 미세먼지의 발생 기작과 기여도를 산정하기 위한 연구 계획을 수립하고자 한다. 해양기원 미세먼지는 해양에서 발생하는 전구체²⁾(식물성 플랑크톤 기원의 황산염, 휘발성 유기화합물 등)로부터 광화학 작용을 통해 형성되는 2차 미세먼지이다(그림 3). 따라서 우선적으로 해수 및 대기 중에 미세먼지 전구체의 시공간적 분포특성을 파악하고, 이후 해양-대기 상호작용을 통한 2차생성 미세먼지 플럭스를 계산해야 한다. 이를 위해 대기 및 해수 내 전구체 물질의 실시간 모니터링 기법을 개발하여 우리나라 해역별 전구체 물질의 발생과 2차 미세먼지로의 전환 특성을 규명하고자 한다.

2) 어떤 물질대사나 반응에서 특정 물질이 되기 전 단계의 물질

그림 3. 대기에 영향을 주는 해양기원 미세먼지 전구체(Carpenter et al., 2012)

또한, 선박기원 미세먼지 연구를 위해 우선적으로 부산항³⁾을 대상으로 선박 연료유 사용량에 기반 한 배출가스 추정 자료(시험적)와 선박의 통항 밀도를 활용하여 가시화 데모를 제작하고(그림 4), 항만주변 권역의 육상 및 해양 공간에 어떻게 분포하고 기여하는지를 분석하여 데모의 효용성을 평가할 계획이다. 특히 향후 도입될 선박 배출가스 처리장치(scrubber) 및 친환경 선박(LNG 추진선 등)으로의 전환이 향후 대기와 해양환경에 미치는 영향에 관한 연구 역시 병행해 나갈 것이다.

3) 부산항은 세계적으로도 높은 (초)미세먼지 농도를 보이는 곳이다.

그림 4, 선박 배출가스 계산 요소 및 선박 통항 밀도

이러한 연구 계획이 성공적으로 수행되기 위해서는 시료채취 기술과 고감도 분석기법의 정립이 필수적이다. 특히 방사성 핵종을 이용한 기원지 추적기술, 안정동위원소 분석기법, black carbon 동위원소, 광물입자 분석기법 등을 바탕으로 다양한 오염 물질, 오염원에 대한 환경 데이터베이스를 적극 구축해 나가야 한다. 또한 집중 관측 정점을 확보하여 보다 장기적인 연구를 수행한다면 미세먼지가 해양환경과 생태계, 기후변화, 나아가 인간에게 어떤 영향을 미칠 수 있는지에 대한 보다 심층적이고 과학적인 정보를 제공할 수 있을 것이다.