[에너지단열경제]안조영 기자

겨울로 접어들면서 미세먼지가 또 문제가 되고 있다.
실질적으로는 미세먼지로 인한 인체와 환경의 피해가 엄청 나지만 그 심각성에 대한 국민들의 체감도가 너무 낮아진 상황이다.
미세먼지라는 단어가 너무 자주 등장하고 반복되다 보니 국민들에게 너무 익숙해져 있는 탓이다.
미세먼지는 정말 심한 날이 아니면 너무나도 빈번하게 일어나는 일이라 기상 현상의 하나로 치부한다.
그러나 사실 그 어느 재난보다도 심각하며 생명에 위협적인 문제다.
미세문지는 담배나 포름알데히드처럼 1군 발암물질이다.
국제 의학학술지인 랜싯(The Lancet)에 보고된 논문에 따르면, 미세먼지를 고혈압, 흡연, 당뇨, 비만 다음가는 사망위험요인으로 꼽았다.
지난 2015년만 해도 약 420만명이 PM2.5 크기의 미세먼지로 인해 조기 사망했다고 밝혔다. 특히 한국인은 미세먼지에 취약하며 한 해 2만명 가량이 미세먼지로 인해 조기 사망할 것이라 추정했다.
미세먼지의 가장 큰 요인이 편서풍의 영향을 받아 중국으로부터의 유입으로 알려지고 있지만 양국 간의 저감 대책이 크게 실효를 나타내고 있지도 못한데다 원인을 서로의 탓으로 돌리면서 근본적인 대책이 수립되지 못하고 있다.
국민 건강에 심대한 타격을 주는 미세먼지의 원인과 환경에 주는 영향 등을 정리해 본다.


<먼지와 미세먼지>

먼지란 대기 중에 떠다니거나 흩날려 내려오는 입자상 물질을 말하는데, 석탄 · 석유 등의 화석연료를 태울 때나 공장 · 자동차 등의 배출가스에서 많이 발생한다.
외국에서는 지름이 10㎛ 이하(PM 10)이면 미세먼지(부유먼지, suspended particles)라 하며 지름이 2.5㎛ 이하(PM 2.5)인 먼지, 지름이 1㎛ 이하(PM1)인 먼지로 세분화한다.
국내에서는 부유먼지를 미세먼지(PM10)로, 미세먼지를 초미세먼지(PM2.5)로 부르며, PM1 역시 초미세먼지로 분류한다.
PM10이 사람의 머리카락 지름(50~70μm)보다 약 1/5~1/7 정도로 작은 크기라면, PM2.5는 머리카락의 약 1/20~1/30에 불과할 정도로 매우 작다.(1μm ＝ 1/1000mm)
이 외에도 기체로 배출되었다가 식어서 먼지가 되는, 초미세먼지보다 더 작은 응축성 미세먼지가 있다.
LPG같은 천연가스는 연소시에 미세먼지와 초미세먼지가 덜 나오지만, 일산화탄소, 이산화탄소 등의 공해 가스와 응축성 미세먼지가 많이 나온다.
이처럼 미세먼지는 눈에 보이지 않을 만큼 매우 작기 때문에 대기 중에 머물러 있다 호흡기를 거쳐 폐 등에 침투하거나 혈관을 따라 체내로 이동하여 들어감으로써 건강에 나쁜 영향을 미칠 수도 있다.1)
세계보건기구(WHO)는 미세먼지(PM10, PM2.5)에 대한 대기질 가이드라인을 1987년부터 제시해 왔고, 2013년에는 세계보건기구 산하의 국제암연구소(IARC, International Agency for Research on Cancer)에서 미세먼지를 사람에게 발암이 확인된 1군 발암물질(Group 1)로 지정하였다.

<미세먼지의 성분>
황산화물, 수분 등이 엉겨서 미세한 금속 가루로 떠다녀

미세먼지를 이루는 성분은 그 미세먼지가 발생한 지역이나 계절, 기상조건 등에 따라 달라질 수 있다.
일반적으로는 대기오염물질이 공기 중에서 반응하여 형성된 덩어리(황산염, 질산염 등)와 석탄 · 석유 등 화석연료를 태우는 과정에서 발생하는 탄소류와 검댕, 지표면 흙먼지 등에서 생기는 광물 등으로 구성된다.
최근 연구에 따르면, 국내 미세먼지에 함유되어있는 물질들을 분석해 본 결과, 미세중금속으로 지칭할 수 있을 만큼 중금속 함유량이 높다.
미세먼지의 경우 공기 중 매연이 너무 많아 매연 내 입자들과 공기 중에 있는 황산화물, 수분 등이 엉겨서 생긴 것인 만큼 미세한 금속 가루가 공기 중에 떠다니는 것이다.
구성비율은 대기오염물질 덩어리(황산염, 질산염 등)가 58.3%로 가장 높고, 탄소류와 검댕 16.8%, 광물 6.3% 순으로 나타났다.
초미세먼지는 질산염(NO3-), 암모늄 이온(NH4+), 황산염(SO42-) 등의 이온 성분과 탄소 화합물(carbon compounds), 금속(elements) 화합물 등으로 분석됐다
세계 보건 기구(WHO)는 미세먼지 중 디젤에서 배출되는 블랙카본(black carbon)을 1급 발암물질로 지정한 바가 있다.
미세먼지는 당연히 1급 발암물질인 것이다.

<미세먼지 발생>
화석연료 연소 배출되는 황산화물이 대기 중의 수증기, 암모니아와 결합
자동차 배기가스에서 나오는 질소산화물이 대기 중의 수증기, 오존, 암모니아 등과 화학반응

미세먼지 발생원은 자연적인 것과 인위적인 것으로 구분된다.
자연적 발생원은 흙먼지, 바닷물에서 생기는 소금, 식물의 꽃가루 등이 있다.
인위적 발생원은 보일러나 발전시설 등에서 석탄과 석유 등 화석연료를 태울 때 생기는 매연과 자동차 배기가스, 건설현장 등에서 발생하는 날림먼지, 공장 내 분말형태의 원자재, 부자재 취급공정에서의 가루성분, 소각장 연기 등이 있다.
미세먼지는 굴뚝 등 발생원에서부터 고체 상태의 미세먼지로 나오는 경우(1차적 발생)와 발생원에서는 가스 상태로 나온 물질이 공기 중의 다른 물질과 화학반응을 일으켜 미세먼지가 되는 경우(2차적 발생)로 나누어 진다.
석탄과 석유 등 화석연료가 연소되는 과정에서 배출되는 황산화물이 대기 중의 수증기, 암모니아와 결합하거나, 자동차 배기가스에서 나오는 질소산화물이 대기 중의 수증기, 오존, 암모니아 등과 결합하는 화학반응을 통해 미세먼지가 생성된다.
2차적 발생은 전체 미세먼지(PM2.5) 발생량의 약 2/3를 차지할 만큼 매우 높다.
대기오염물질인 휘발성 유기화합물, 질소산화물, 황산화물 등이 미세먼지로 전환된다.
자동차 배기가스, 주유소 유증기 등에 많이 포함된 휘발성 유기화합물은 반응성이 강한 물질(OH, O3 등)과 화학반응을 일으켜 2차 유기입자가 된다.
또 각종 연소과정에서 발생한 질소산화물(NO, NO2)은 대기 중 오존(O3) 등과 반응해 산성물질인 질산(HNO3)을 생성하고, 이는 대기 중 알카리성 물질인 암모니아(NH3)와 반응하여 질산암모늄(NH4NO3)이 된다.
이 질산암모늄(NH4NO3)은 입자상 물질로서 2차적 미세먼지다.
아황산가스(SO2)는 수증기 등과 반응하여 황산(H2SO4)이 되고, 이는 다시 암모니아 등과 반응하여 황산암모늄((NH4)2SO4) 등 미세먼지 입자를 생성하고 있다.
이동오염원에서 나오는 미세먼지는 대부분이 PM2.5로 그 비중이 92%에 이른다.
도로이동오염원의 경우 화물차와 RV차량에서 미세먼지 대부분이 배출되며, 비도로이동오염원의 경우 선박과 건설장비 등에서 미세먼지가 많이 나온다.
미세먼지는 가정에서 가스레인지, 전기그릴, 오븐 등을 사용하는 조리를 할 때도 많이 발생한다.
음식표면에서 15~40nm 크기의 초기입자가 생성되고 재료 중의 수분, 기름 등과 응결하여 그 크기가 커지는 것으로 알려져 있다.
조리법에 따라서 차이가 있다.
기름을 사용하는 굽기나 튀김은 재료를 삶는 요리보다 미세먼지를 많이 발생시키며, 평소 미세먼지 농도보다 최소 2배에서 최대 60배 높게 발생시킨다.


<미세먼지와 기상과의 관계>

미세먼지는 기온역전 현상이 있을 때 심화된다.
일반적으로 대기의 기온은 고도가 100m 높아질 때마다 약 0.6℃씩 낮아진다.
하지만 일교차가 큰 계절이나 산간 분지지역에서는 거꾸로 고도가 높아질수록 기온이 올라가는 이상 현상, 즉 기온역전이 나타나기도 한다.
공기는 더울수록 밀도가 낮아져 더운 공기는 위로, 차가운 공기는 아래로 이동한다.
그러나 기온역전이 발생하면 고도가 낮은 쪽에 무거운 공기가, 높은 쪽에 가벼운 공기가 위치해 무게 차에 의한 공기의 상하이동이 일어나지 않는다.
지상에서 주로 발생하는 미세먼지 등 대기오염물질이 지상층에 머무르게 되고 계속하여 쌓이면서 그 농도가 높아지게 된다.
미세먼지는 가시거리에도 영향을 끼친다.
가시거리란 정상적인 시력을 가진 사람의 눈으로 구분할 수 있는 곳까지의 최대거리를 말한다.
미세먼지(PM2.5) 농도가 높아지면 빛이 미세먼지에 의해 여러 방향으로 흩어지거나 미세먼지에 흡수되어 가시거리가 감소하게 된다.
황산염, 질산염 등 대기오염 농도가 높은 상태에서 습도까지 높아지면 대기오염물질이 수분을 흡수하여 2차적 미세먼지를 발생시키게 되므로 가시거리는 더욱 짧아진다.
미세먼지는 계절별로도 큰 차이를 보인다.
봄에는 이동성 저기압과 건조한 지표면의 영향으로 황사를 동반한 고농도 미세먼지가 발생할 가능성이 크다.
비가 많은 여름철에는 미세먼지 농도가 낮아질 가능성이 높다.
비가 내리면 미세먼지와 같은 대기오염물질이 빗방울에 씻겨 제거됨으로써 대기가 깨끗해지기 때문이다.
가을에는 미세먼지가 상대적으로 적은데 이는 다른 계절에 비해 기압계의 흐름이 빠르고 지역적인 대기의 순환이 원활하기 때문이다.
난방 등 연료사용이 증가하는 겨울이 되면 다시 미세먼지 농도가 높아질 수 있다.


<건강에 미치는 영향>
기도에 염증이나 천식 유발
부정맥과 협심증, 심근경색의 원인, 동맥경화, 심부전과 심장마비 유발


통상적으로 먼지 대부분은 코털이나 기관지 점막에서 걸러져 배출된다.
반면 미세먼지(PM10)는 입자의 지름이 사람 머리카락 굵기의 1/5~1/7 정도인 10μm 이하로 매우 작아 코, 구강, 기관지에서 걸러지지 않고 우리 몸속까지 스며든다.
만일 미세먼지의 농도와 성분이 동일하다면 입자크기가 더 작을수록 건강에 해롭다.
같은 농도인 경우 PM2.5는 PM10보다 더 넓은 표면적을 갖기 때문에 다른 유해물질들이 더 많이 흡착될 수 있다.
입자크기가 더 작은 만큼 기관지에서 다른 인체기관으로 이동할 가능성도 높다.
0.1~1㎛ 짜리는 더욱 위험하다.
환경호르몬과 중금속이 표면에 흡착되기도 하는데 폐 속으로 직접 들어간다.
날씨가 박무(일반 안개)가 아닌 연무(스모그) 상태인데 가시거리가 짧아져 있으면 이 0.1~1㎛의 초미세먼지 때문이기도 하다.
일단 미세먼지가 우리 몸속으로 들어오면 면역을 담당하는 세포가 먼지를 제거하여 우리 몸을 지키도록 작용하게 되는데, 이때 부작용인 염증반응이 나타난다.
기도, 폐, 심혈관, 뇌 등 우리 몸의 각 기관에서 이러한 염증반응이 발생하면 천식, 호흡기, 심혈관계 질환 등이 유발될 수 있다.
노인, 유아, 임산부나 심장 질환, 순환기 질환자들은 미세먼지로 인한 영향을 일반인보다 더 많이 받을 수 있으므로 각별히 주의하여야 한다.
미세먼지의 가장 대표적인 질환은 기도에 염증을 일으키거나 천식을 유발하는 것이다.
미세먼지에 장기간 노출될 경우 폐 기능을 떨어뜨리고 천식 조절에 부정적 영향을 미치며, 심한 경우에는 천식 발작으로 이어지기도 한다.
비염과 같은 질환을 함께 앓고 있는 천식환자가 고농도 미세먼지에 장기간 노출된 경우에는 심각한 타격을 줄 수 있다.
폐에 흡착하는 10㎛의 미세먼지보다 4배 더 작은 것이 초미세먼지다.
지름 2.5㎛ 이하의 초미세먼지는 우리 몸 아주 깊은 곳까지 침투한다.
이들은 기관벽을 통과하여 혈관으로 흡수되며, 뇌졸중, 뇌경색이나 심장질환을 일으키는 것으로 알려져 있다.
중금속과 화학물질 섞인 미세한 가루가 뇌나 심장에 들어가 혈관을 막아 버리는 이치다.
혈전을 형성할 경우에는 부정맥과 협심증, 심근경색의 원인이 되며, 심할 경우 동맥경화, 심부전과 심장마비로 이어질 수도 있다.
특히, 심혈관 질환을 앓고 있는 노인은 미세먼지가 쌓이면 산소 교환이 원활하지 못해 병이 악화될 수 있다.
질병관리본부에 따르면, 미세먼지(PM2.5)에 장기간 노출될 경우 심근경색과 같은 허혈성심질환의 사망률은 30~80% 증가하는 것으로 나타났다.
호흡기 질환자와 마찬가지로 심혈관 질환자도 가급적 미세먼지에 노출되지 않는 것이 중요하다.
미세먼지는 인지력과 기억력에도 영향을 미친다.
화학 물질이 뇌에 작용해 광범위한 지능 저하, 치매, 우울증을 일으키는 등 정신건강 전반에 나쁜 영향을 줄 수 있다.
세계보건기구 산하 국제암연구소(IARC)는 미세먼지를 폐암과 방광암의 원인으로 지목, 연관성 의심 정도가 아니라 암을 일으키는 것이 확실하다는 1군 발암물질로 지난 2013년 분류했다.
세계보건기구(WHO)는 지난 2014년 한 해에 미세먼지로 인해 기대수명보다 일찍 사망하는 사람이 700만명에 이른다고 발표했다.
질병관리본부에 따르면, 미세먼지(PM10) 농도가 10μg/m3 증가할 때마다 만성 폐쇄성 폐질환(COPD)1)으로 인한 입원율은 2.7%, 사망률은 1.1% 증가한다.
특히, 미세먼지(PM2.5) 농도가 10μg/m3 증가할 때마다 폐암 발생률이 9% 증가하는 것으로 나타났다.
미세먼지가 건강에 미치는 영향은 최대 6주까지 지속될 수 있다.
미세먼지에 노출된 후 호흡곤란, 가래, 기침, 발열 등 호흡기 증상이 악화될 경우에는 즉시 병원에 가야한다.
미세먼지는 피부병과 눈병도 유발할 수 있다.
피부에 일어나는 증상으로 여드름, 발진, 각종 먼지 알러지 등이 있으며 아폴로 눈병 등 유행성 결막염과 안구건조증을 발병시킬 수 있다.

<여타 산업 등에 미치는 영향>

동물의 번식기인 봄과 여름철에 미세먼지 농도가 높을 경우 갓 태어나거나 어린 개체가 오염물질을 버티지 못하고 폐사하는 일도 빈번하게 생긴다.
미세먼지는 농작물과 생태계에도 피해를 줄 수 있다.
대기 중 이산화황(SO2)이나 이산화질소(NO2)가 많이 묻어있는 미세먼지는 산성비를 내리게 해 토양과 물을 산성화 시키고, 토양 황폐화, 생태계 피해, 산림수목과 기타 식생의 손상 등을 일으킬 수 있다.
공기 중에서 카드뮴 등 중금속이 미세먼지에 묻게 되어도 농작물, 토양, 수생생물에 피해를 줄 수 있다.
또한 미세먼지가 식물의 잎에 부착되면 잎의 기공을 막고 광합성 등을 저해함으로써 작물의 생육을 지연시킨다.
미세먼지는 산업활동에도 적지 않은 악영향을 준다.
특히 먼지에 민감한 분야인 반도체와 디스플레이 산업에서 미세먼지 노출로 불량률이 증가할 수 있다.
자동차 산업은 도장 공정에서 악영향을 받을 수 있고 자동화 설비의 경우에도 미세먼지로 인한 오작동 등의 피해를 입을 수 있다.

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