[과학TALK] 정전기부터 저감 촉매까지…미세먼지 잡자, 고심하는 과학계

조선비즈
  • 김태환 기자
    입력 2019.03.10 06:00

    환경부가 최근 미세먼지를 줄이기 위해 건물 옥상에 ‘공기청정기'를 배치하겠다고 발표했다. 과연 효과가 있을까? 미세먼지의 대기 중 분포를 줄이려면 어떻게 해야할까? 전 세계 과학계는 공기 중에 있는 미세먼지를 인공강우, 정전기 등을 이용해 제거하거나 미세먼지의 생성 자체를 없애는 촉매 개발로 해법을 모색하고 있다.

    미세먼지는 공장, 건설현장, 자동차 등에서 직접 배출되는 고체 상태의 1차 미세먼지와 가스 상태의 대기오염물질이 대기 중에서 화학반응을 일으켜 생기는 2차 미세먼지로 나뉜다. 이들은 질산염(NO3-), 암모늄(NH4+), 황산염(SO42-) 등의 이온과 탄소, 금속성 성분으로 구성된다.

    서울 서대문구 안산에서 바라 본 서울 풍경. 서울 도심이 미세먼지로 흐릿하게 보인다. /장련성 객원기자
    이 화합물은 양전하(+)나 음전하(-)로 극성을 갖는 것이 특징이다. 과학자들은 이같은 성질을 이용해 미세먼지를 대기 중에서 땅으로 끌어내리는 방법을 고민하고 있다. 실외 공기청정기로 불리는 네덜란드 로테르담 ‘스모그 프리타워’는 미세먼지의 극성을 이용한 대표적 사례다.

    이 타워는 7미터(m)의 구조물 아래 정전기장을 발생시키는 코일을 묻어 대기 중의 미세먼지가 지면에 붙도록 한다. 이는 정전기 미세먼지 흡착 원리는 약국에서 쉽게 구입할 수 있는 보건용 마스크에도 적용하는 원리와도 같다.

    정전기는 양전하와 음전하가 정지된 상태이지만 주변에 반대 극성을 띠고 있는 입자가 있으면 달라붙는 성질을 갖는다. 극성이 있는 미세먼지가 마스크 속 부직포 필터에 닿으면 코와 입이 맞닿은 마스크 내부로 들어가지 못하게 한다.

    그러나 이같은 방법은 근본적인 해결책이 될 수 없다. 현재 가장 현실적인 미세먼지 저감 기술은 기체 상태로 나오는 2차 미세먼지 발생을 사전에 차단하는 것이다. 이에 국내 연구팀은 질소산화물이나 암모니아 등이 물과 같은 인체 무해한 화합물이 되도록 하는 촉매를 개발 중이다.

    한국화학연구원 환경자원연구센터의 허일정 박사팀은 현재 자동차나 선박 등에서 나오는 휘발성 유기화합물이나 질소산화물을 무해화시키는 연구를 하고 있다. 연구팀은 내년 쯤 노후차, 산업용 차량 등에 적용할 수 있는 미세먼지를 무해화 촉매에 대한 결과를 먼저 선보일 예정이다.

    이같은 방식은 현재 경유차에 부착하는 정화장치 ‘SCR(Selective Catalytic Reduction, 선택적 촉매 환원)’와 동일하다. 하지만 질소산화물을 환원하는 요소수 저장 탱크와 분사 장치가 고가인데다 전 차량에 적용하지 못한다는 점에서 한계가 있다.

    이에 연구팀은 기존 정화장치가 설치되지 않은 차량과 선박에도 장착할 수 있는 소형 정화장치와 요소수를 사용하지 않는 새로운 촉매를 개발하고 있다. 이 촉매가 개발되면 연소 보일러 등 국내 미세먼지 발생 사각지대도 해소할 전망이다.

    허일정 박사는 "미세먼지는 대기오염이라는 큰 틀에서 접근해야 하는 문제"라며 "단기간의 성과보다 다차원적인 접근과 다양한 분야의 협력으로 미세먼지와의 싸움을 준비하고 이겨낼 수 있도록 해야 한다"고 말했다.

    2차 미세먼지 유발원을 저감하기 위해 개발되는 다양한 형태의 촉매와 흡착제 제형. /한국화학연구원 제공
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