자동차 미세먼지 배출 ‘진범’은 따로 있다

[미세먼지 속살 들여다보기]

타이어·브레이크·도로 마모 등
‘로드 더스트’가 배기가스 앞질러
친환경차로 전환해도 소용없는 셈
미세먼지 배출 시뮬레이션 해보니
브레이크 먼지, 가솔린엔진의 2배
PM2.5 독성은 디젤차가 가장 높아

중국 저감 노력에 황산염 줄었지만
질산염 늘어 미세먼지 농도는 여전
국내 암모니아와 결합해 전환한 듯

제주를 제외한 전국에 미세먼지 비상저감조치가 발령된 지난 2월22일 오후 서울 광화문 세종대로에서 미세먼지를 제거하는 물청소차가 도로에 물을 뿌리며 이동하고 있다. 

미세먼지 저감 및 관리에 관한 특별법은 미세먼지를 “대기 중에 떠다니거나 흩날려 내려오는 입자상 물질로 지름이 10마이크로미터 이하(PM10)인 것과 2.5마이크로미터(PM2.5) 이하인 것”으로 정의한다. 또 미세먼지로 전환되는 질소산화물, 황산화물, 휘발성유기화합물 등을 미세먼지 생성물질로 규정한다. 이를 근거로 배출가스를 줄이기 위한 노후 디젤자동차 운행 중지 등 비상저감조치가 내려진다. 정부는 또 미세먼지 관리 종합대책에 따라 2022년까지 자동차 등록대수의 약 10%인 200만대를 친환경 자동차로 보급할 계획이다. 하지만 자동차에서 배출되는 배기가스 발원의 미세먼지만큼이나 타이어나 브레이크가 마모될 때 나오는 미세먼지와 타이어와 마찰하는 도로가 마모될 때 나오는 미세먼지 등 ‘로드 더스트’의 양과 독성이 상당한 것으로 나타나 대책이 필요한 것으로 지적된다.

영국 환경식품농무부(DEFRA) 자문기구인 대기질전문가그룹(AQEG)의 ‘2019년 PM2.5 보고서’를 보면, 자동차 엔진에서 배출되는 PM2.5는 규제가 지속적으로 강화돼 2020년대에는 크게 줄어들 것으로 전망됐다. 반면 타이어나 브레이크, 도로 마모에서 발생하는 미세먼지 양은 오히려 증가 추세를 보이는 것으로 나타났다. 이미 2010년대에 ‘로드 더스트’ 양이 엔진 배출 PM2.5를 넘어섰다. 이영재 한국에너지기술연구원 친환경자동차기술개발사업단 단장은 “유엔 유럽경제위원회(UNECE) 산하의 오염및에너지분과 등에서 타이어 등에 대한 규제 방안을 논의하고 있지만 규제가 쉬운 일은 아니다”라고 말했다.

브레이크·타이어 마모 미세먼지 측정 시뮬레이터로 측정한 미세먼지 배출량과 차량의 배출가스에 포함된 미세먼지 배출량 비교. 한국기계연구원 제공 ※ 이미지를 누르면 크게 볼 수 있습니다.

한국기계연구원도 최근 자동차 주행중 브레이크 마모로 발생하는 미세먼지를 측정하는 시뮬레이터를 개발해 시험한 결과, 자동차 1대당 미세먼지가 PM10 기준 2.7㎎/㎞, PM2.5 기준 2.2㎎/㎞ 수준의 미세먼지가 발생했다고 밝혔다. 연구를 진행한 기계연 환경시스템연구본부 그린공력연구실의 이석환 책임연구원은 “매연저감장치(DPF)가 장착된 유로6 규제를 만족하는 디젤차와 직접분사식 가솔린(GDI)이 장착된 휘발유차에서 배출되는 미세먼지보다 2배 이상 높은 수치”라며 “친환경 자동차인 하이브리드차와 전기자동차에서도 상당량의 미세먼지가 발생하기 때문에 이에 대한 연구와 대책이 시급하다”고 말했다. 영국과 프랑스는 2040년, 노르웨이와 네덜란드는 2025년부터 내연기관 자동차 판매를 중단한다고 선언했지만 이산화탄소 배출량은 줄일망정 미세먼지 발생량은 크게 줄지 않을 수도 있다는 얘기다.

제주를 제외한 전국에 미세먼지 비상저감조치가 발령된 지난 2월22일 오후 서울 광화문 세종대로에서 미세먼지를 제거하는 물청소차가 도로에 물을 뿌리며 이동하고 있다. 

특히 박기홍 광주과학기술원(지스트) 지구·환경공학부 교수 연구팀은 지난해 말 <사이언티픽 리포트>에 게재한 논문에서 세포독성, 유전독성, 산화스트레스, 염증반응 등 다양한 생물·화학적 반응을 초미세먼지 종류별로 평균적인 독성값을 진단해 보니 디젤엔진에서 배출되는 가스를 10점이라고 했을 때 휘발유 엔진 배기가스는 6.5, 석탄화력발전 가스는 2.4인 데 비해 로드 더스트도 2.2나 된다고 밝혔다.

디젤엔진은 연구팀이 진단한 13개 항목 가운데 상댓값이 50% 이상인 항목이 9개이고 모든 항목이 10% 이상인 반면 휘발유엔진은 10% 이상인 항목이 7개에 그쳤다. 박기홍 교수는 “같은 미세먼지라도 어느 배출시설에서 나왔는지에 따라 독성이 다르다”며 “같은 예산 투자라도 수용자 입장에서 가장 해로운 입자를 먼저 통제해야 하므로 독성 예측을 위한 데이터베이스 구축이 필요하다”고 말했다.

미세먼지 규제는 환경오염물질별로 기준치를 적용하고 있지만 실제 대기에서는 복합적으로 노출되기 때문에 혼합독성에 대한 연구와 규제 필요성도 제기된다. 독일 연구팀은 16가지의 환경오염물질을 기준치의 1% 범위로 노출할 경우 각 물질을 독립적으로 놓아두면 독성이 14.9%이고, 중첩하면 81.9%가 될 것으로 예측했는데, 실제로 관측된 독성은 95.2%에 이르렀다는 논문을 학술지 <통합 환경 평가 및 관리>에 실었다. 김종운 한국화학연구원 화학안전연구센터 센터장은 “미세먼지 사이의 상호작용으로, 또는 다른 대기오염물질 사이의 상호작용으로 혼합독성이 나타날 수 있다”며 “여러 물질의 개별 위해도와 혼합독성을 비교하는 연구를 한 결과 PM2.5는 34%, PM10은 21%, 오존 순으로 기여하고 있는 것으로 분석됐다”고 말했다.

대기 정체로 미세먼지 농도가 짙어진 지난ㅍ10일 오전 경기도 고양시 일산지역 한 건널목에서 경의선 전철이 지나가고 차단기가 내려지자 자동차가 철로를 지나가고 있다. 

한편, 중국의 대기오염물질 배출 감축 노력에도 우리나라에는 다른 영향이 나타나는 것으로 추정되고 있다. 중국은 2000년대 초부터 황산화물을 상당히 줄였다고 발표하고 있지만 미세먼지 농도는 큰 변화가 없다. 이태형 한국외국어대 환경학과 교수는 “백령도 관측에서 황산염 산성도가 높았던 2013년에 비해 2019년 3월에는 거의 중성화됐다”며 “그런데도 미세먼지 농도가 낮아지지 않는 것은 황산암모늄을 이루던 것이 황산염 자리에 질산염이 자리를 차지하면서 전체 질량이 늘어났기 때문으로 추정된다”고 말했다. 실제로 질산염이 많이 발생하는 겨울철 백령도 관측자료를 보면 질산염 농도가 2012년 0.73㎍/㎥였던 것이 2014년에는 2.52㎍/㎥로 증가했다. 이 교수는 “올해 6월에 서해상 항공관측을 통해 분석한 결과 중국에서 가스상 전구물질(NOx)이 질산염으로 변해 서해상이나 국내 발원의 암모니아와 결합하면서 미세먼지인 질산암모늄으로 생성되거나 중국에서 만들어진 질산암모늄이 장거리 이동해 오는 것 같다”고 했다.

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