미세먼지

왜 배우는가: 미세먼지는 국민 건강과 직결되는 대기오염 문제이며, 최근 여러 회차에서 생성 경로·성분·발생원·경보 제도가 함께 출제되었다. 1차 생성과 2차 생성의 구분을 이해해야 발생원 대책과 전구물질 저감을 답안에 연결할 수 있다.

출제 이력: 제126회 1교시 6번, 제123회 4교시 1번, 제110회 1교시 9번, 제110회 2교시 1번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

대기 중에 떠다니는 고체·액체 입자상 물질 가운데 입경이 작은 것을 미세먼지라 한다.

미세먼지는 크기를 기준으로 미세먼지(PM-10)와 초미세먼지(PM-2.5)로 나눈다. 미세먼지(PM-10)는 입경 10㎛ 이하인 입자이고, 초미세먼지(PM-2.5)는 입경 2.5㎛ 이하인 입자이다. 두 구분은 대기환경 기준과 측정망이 농도를 따로 관리하는 단위이므로 답안에서도 함께 써야 한다.

핵심 키워드는 다음과 같다.

• 입자상 물질: 기체 속에 고체나 액체 상태로 떠 있는 물질이다. 미세먼지는 이 입자상 물질 가운데 입경이 작은 것을 가리킨다.
• 입경: 입자의 크기를 나타내는 값으로, 미세먼지를 구분하는 기준이 된다.
• 미세먼지(PM-10): 입경 10㎛ 이하의 입자로, 흙먼지와 연소 입자가 주로 여기에 해당한다.
• 초미세먼지(PM-2.5): 입경 2.5㎛ 이하의 입자로, 혈관 등 체내 깊은 곳까지 들어갈 수 있다.
• 1차 생성입자: 발생원에서 고체 입자 상태로 직접 배출되는 미세먼지이다.
• 2차 생성입자: 가스 상태 물질이 대기 중에서 화학반응을 거쳐 생성된 미세먼지이다.
• 전구물질: 2차 생성입자의 원료가 되는 가스 상태 대기오염물질이다.

2. 개념 풀이

미세먼지는 대기 중에 부유하는 입자상 물질 가운데 입경이 10㎛ 이하인 것을 말한다. 입자의 크기로 농도를 측정하고 경보 단계를 정하므로, 크기 구분이 정의의 핵심이다. 성분은 황산염과 질산염, 탄소류, 광물 등으로 이루어져 단순한 흙먼지와 구별된다.

미세먼지가 생기는 원리는 입자가 발생원에서 직접 배출되는 경로와 가스가 대기 중에서 입자로 바뀌는 경로로 나뉜다. 굴뚝의 매연이나 건설현장의 날림먼지처럼 고체 상태로 나오는 것이 1차 생성이다. 황산화물과 질소산화물 같은 가스가 대기 중 다른 물질과 반응해 입자가 되는 것은 2차 생성이다.

2차 생성의 대표 경로는 다음과 같다. 화석연료 연소로 나온 황산화물(SOx)은 대기 중 수증기·암모니아와 결합해 황산염 입자가 된다. 자동차 배기가스의 질소산화물(NOx)은 오존과 반응해 질산(HNO3)을 만들고, 이 질산이 암모니아와 만나 질산암모늄(NH4NO3)이 된다. 질산암모늄은 입자상 물질이므로 2차 미세먼지에 해당한다. 휘발성유기화합물(VOCs)은 OH나 오존 같은 반응성 물질과 반응해 2차 유기입자가 된다.

같은 농도라면 PM2.5가 PM10보다 입자가 작아 표면적이 넓으므로 다른 유해물질이 달라붙기 쉽다. 이 점은 초미세먼지의 건강 영향을 설명하는 근거가 된다. 수도권에서는 2차 생성 비중이 PM2.5 전체 발생량의 약 3분의 2를 차지할 만큼 높다. 이 비중 때문에 전구물질 배출을 줄이는 것도 PM2.5 저감 대책에서 중요한 축으로 다뤄진다.

핵심 용어는 다음과 같다.

• 1차 생성입자: 굴뚝, 건설현장, 토양 등 발생원에서 입자로 직접 나온 것이다. 배출 단계에서 이미 입자이므로 배출원 관리가 직접적인 대응이 된다.
• 2차 생성입자: 가스 상태로 배출된 물질이 대기 중 화학반응으로 입자가 된 것이다. 황산염, 질산염, 2차 유기입자가 대표적이다.
• 전구물질: 2차 생성입자를 만드는 원료 가스로, SOx, NOx, VOCs, 암모니아 등이 있다.

3. 등장 배경과 필요성

미세먼지가 대기오염 관리의 핵심 항목이 된 배경에는 건강 영향 연구의 축적이 있다. 세계보건기구(WHO) 산하 국제암연구소(IARC)는 2013년 10월 미세먼지를 1군(Group 1) 발암물질로 분류했다. 1군은 사람에 대한 발암성 근거가 충분하다는 분류이다.

WHO는 2012년 한 해 대기오염과 관련된 질병으로 사망한 사람이 700만 명 가량이라고 추정했다. 이러한 영향은 2절에서 설명한 입자 크기와 체내 침투 특성과 관련된다.

국내에서는 법이 미세먼지를 경보 대상으로 직접 관리한다. 대기환경보전법 시행령 제2조는 미세먼지(PM-10), 초미세먼지(PM-2.5), 오존을 대기오염경보 대상 오염물질로 정한다. 미세먼지와 초미세먼지는 주의보와 경보 단계로 구분하며, 농도기준은 시행규칙에서 정한다. 주의보 단계의 조치는 주민의 실외활동과 자동차 사용을 자제하도록 요청하는 것이다.

측정 체계에서도 초미세먼지는 별도 관리 대상이다. 대기환경보전법 시행규칙 제11조의 측정망 종류에는 초미세먼지의 성분과 농도를 측정하는 미세먼지성분측정망이 포함된다. 대기환경보전법 제11조는 대기환경개선 종합계획을 10년마다 수립하여 시행하도록 정한다. 이 계획에는 장거리이동 대기오염물질의 피해 방지 대책이 포함된다.

이러한 배경에서 미세먼지 대책은 1차 생성입자의 배출원 관리와 2차 생성 경로의 전구물질 관리를 함께 고려해야 한다. 배출시설에서 나오는 입자는 배출원을 줄이면 직접 대응이 되지만, 2차 생성입자는 황산화물, 질소산화물, 휘발성유기화합물을 함께 줄여야 하므로 관리 범위가 넓어진다.