환경평가 지원을 위한 지역 환경현황 분석 시스템 구축 및 운영 : 지자체별 오염원별·물질별 미세먼지 기여도 및 전환율 산정

Abstract

Recently, the Korean government is focusing on fine particulate matter as a top priority. In August 2018, the Special Act on Fine Management of Fine Particulate Matter was enacted and promulgated and will be implemented from February next year. In addition, local governments are actively discussing countermeasures along with neighboring cities and provinces, rather than solely local governments. At the 20th Tripartite Environment Ministers Meeting among Japan, China and Korea(TEMM20), the Korea-China Center for Environmental Cooperation was established to discuss collaborative projects between China and Korea, including cooperation on air pollution such as fine particulate matter and environmental industry cooperation. Air pollutants have cumulative and broad-band characteristics spreading into the atmosphere with chemical reaction. Therefore, it is necessary to quantitatively understand the influence of the source categories of neighboring local governments as well as the target local governments for effective air quality management policies. In particular, in order to manage secondary air pollutants such as PM2.5 and O3, which have a adverse effects, the conversion rate of PM2.5 by the local governments and source categories should be considered. However, it is difficult for the policy maker to carry out the conversion rate of emission-concentration production because it requires highly specialized and complex 3D air quality modeling. Based on this background, the contribution concentration of PM2.5 source categories (point, mobile and area) and pollutants (NOx, SOx, NH3, VOC and PM2.5) was analysed using WRF and CMAQ/BFM for 17 local governments. Contribution concentration of NH3 presents very high compared to NOx, SOx, VOC and PM2.5. Livestock and agriculture-related sources account for 90% of domestic NH3 emissions. NH3 reacts with sulfuric and nitric acid in the atmosphere to produce secondary air pollutants, and most of them are fine particles having a size of PM2.5 or less. The results show that the control of NH3 would be very critical in PM2.5 management. In major metropolitan cities, 'NOx disbenefit' characteristic of increasing PM2.5 concentration was observed due to the reduction of NOx emission. This suggests that the reduction of emissions at the national level, including neighboring local governments, is meaningful rather than managing only the emissions of the local area in order to improve the PM2.5. In addition, the distribution pattern of PM2.5 contribution by NOx emission is different from that of other pollutants, and its influence is spreaded widely to 17 local governments. Based on these characteristics, it would be effective to reduce SOx, NH3 and PM2.5 emissions for PM2.5 management in the area to be managed. In order to manage PM2.5 of the whole country, it is considered that the priority should be given to reduction of NOx emissions. From the results of these contribution concentration and emissions by local governments, the conversion rate of PM2.5 were estimated regarding source categories and each pollutant. The conversion rate means how much PM2.5 concentration is generated by one ton of emissions. This can be used to examine the effects of air quality policies such as emission control. In addition, it can be usefully used in the pre-evaluation stage before the complicated three-dimensional air quality modeling by quantitatively analyzing the influence of the fine particulate matter due to the increase of the emission in the evaluation of the development plan appropriateness.

건강에 치명적인 영향을 끼치는 미세먼지 관리와 관련하여 최근 중앙정부뿐 아니라 수도권을 비롯한 각 지자체에서 다양한 방면의 저감 대책이 마련되고 있다. 이와 관련하여 2018년 8월 미세먼지 저감 대책의 법적 기반이 되는 ？미세먼지 저감 및 관리에 관한 특별법(이하 미세먼지법)？이 제정·공포되었으며 2019년 2월부터 시행될 예정이다. 또한 지자체 차원에서는 지자체 단독 대책이 아닌 인접 지역 시·도와의 공동 대응을 활발히 논의하는 상황이다. 일례로 환경부와 서울, 인천, 경기도, 충청남도가 미세먼지 퇴출을 위해 탈석탄 친환경에너지 전환을 위한 다양한 정책수단을 발굴하고 이를 추진하기 위해 적극적으로 협력하기로 합의하기도 하였다. 더불어 국제 협력 차원에서는 대표적으로 제20차 한·중·일 환경장관회의(TEMM20)에서 중국과 ‘한중 환경협력센터’ 개소와 함께 미세먼지 등 대기오염 대응 협력, 환경산업 협력 등 양국 간 공동협력 사업에 관해 논의하고 적극적으로 협력해 나가기로 하였다. 이처럼 대기오염물질은 대기 중으로 배출되면 공기의 흐름에 따라 이동하며 화학반응과 함께 확산되는 누적적·광역적인 특성을 갖기 때문에 실효성 있는 대기질 관리정책을 위해서는 앞서 언급된 일련의 미세먼지 관리를 위한 지방자치단체 간 협력, 국제 협력 등을 통해 대상 지역과 더불어 인접 지역의 대기오염물질도 함께 관리되어야 한다. 이러한 이유로 지자체 대기질 관리를 위해서는 대상 지자체뿐만 아니라 인접 지자체의 오염물질 배출원의 영향을 정량적으로 파악하는 것이 필요하다. 특히 건강에 영향을 미치는 미세먼지(PM2.5)와 O3과 같은 2차 대기오염물질을 관리하기 위해서는 배출량 정보만으로는 개선 효과를 기대하기 어려우며, 지역별·배출원별 각각의 배출량이 농도 생성에 미치는 전환율을 고려해야 한다. 그러나 배출량과 농도 생성의 전환율을 산정하기 위해서는 매우 전문적이고 복잡한 3차원 대기질 모델링을 거쳐야 하므로 지자체 또는 정책계획 수립자가 수행하기는 현실적으로 쉽지 않다. 이러한 배경하에 2017년도 연구에서는 주요 지자체별 기여도 분석 수행을 통하여 대상 지역의 오염원별(점, 선, 면), 물질별(NOx, SOx) 배출량으로 인한 자체 및 인근 지역 영향을 정량적으로 분석하였고, 본 사업에서는 전년도 사업의 범위를 더욱 확장하여 전국 17개 지자체별, 오염원별(점, 선, 면), 물질별(NOx, SOx, NH3, VOC, PM2.5) 배출량이 해당 지역과 인접 지역에 미치는 기여농도를 분석하였다. 이와 함께 지자체별 개발계획의 적정성 평가 및 대기 개선 정책 도출 시 활용할 수 있도록 배출량에 대한 미세먼지 농도 생성의 전환율을 산정하고자 하였다. 기여도 산정 결과의 주요 특성을 분석한 내용은 다음과 같다. 기여도 산정을 NOx, SOx, NH3, VOC, PM2.5 총 5종의 물질에 대해 수행한 결과, NH3의 미세먼지 기여도가 예상보다 높게 나타났다. NH3의 국내 배출량은 축산 및 농업과 관련된 면오염원 배출량이 전체 배출량의 90%를 차지한다. NH3는 질소산화물과 아황산가스가 대기 중 오존(O3), 수증기 등과 반응하여 생성된 황산, 질산 등과 반응하여 2차 대기오염물질을 생성하는데, 이 중 대부분은 PM2.5 이하의 미세입자이다. 따라서 국내 미세먼지 관리를 위해서는 NH3 면오염원 배출량 관리가 매우 중요할 것으로 판단된다. 주요 대도시에서 NOx 배출량 저감에 따라 PM2.5 농도가 증가하는 ‘NOx disbenefit’ 특성이 나타났다. 이는 대도시의 미세먼지 개선을 위해서는 자체 지역의 배출량 관리만으로는 한계가 있고, 인근 지자체를 비롯한 국가 전반적인 차원의 배출량 저감이 의미가 있음을 나타낸다. 또한 NOx 배출량의 PM2.5 기여도 분포 패턴의 경우 다른 물질들과 다르게 17개 지자체에 그 영향이 넓게 퍼지는 특성을 볼 수 있다. 이를 통해 배출지역의 PM2.5 관리를 위해서는 SOx, NH3, PM2.5 등의 배출량을 우선 삭감하는 것이 효과적일 것이며, 국가 전체에 걸친 PM2.5 저감을 위해서는 국내 전반의 NOx 배출량을 저감하는 것이 우선되어야 할 것으로 판단된다. 대기오염물질의 영향은 주로 배출지역에서 나타나지만, 몇몇 지자체의 경우 인근 지자체의 배출이 더 크게 영향을 주는 것을 확인하였다. 일례로 대전 SOx 배출량의 대전 자체 PM2.5 기여도는 0.07㎍/m3이지만 충청남도 SOx 배출량으로 인한 대전 PM2.5 기여도는 0.22㎍/m3으로 나타났다. 이는 앞서 언급한 ‘NOx disbenefit’ 특성과 같이 해당 지자체 내 배출원별 배출량 정보만으로는 실질적인 대기질 개선에 한계가 있으며, 국가 전반적인 차원의 배출량 저감이 의미가 있음을 시사한다. 또한 궁극적으로는 본 연구와 같이 지역별, 물질별, 배출원별 각각의 배출량이 미세먼지 농도 생성에 미치는 과학적이고 정량적인 기여도 분석 자료를 활용한 대기 관리정책 수립이 필요할 것이다. 이러한 지자체별 기여도 결과를 바탕으로 지자체별, 오염원별, 물질별 배출량 1톤당 미세먼지 농도 전환율을 산정하였다. 예를 들어 전환율을 활용하여 해당 지자체의 점오염원 배출량을 연간 10톤 감축할 경우 해당 지자체와 인근 지역의 미세먼지 개선에 미치는 영향을 개략적으로 예측할 수 있어 대기 개선을 위한 배출량 규제 등 정책 도출 시 그 효과를 검토할 수 있다. 또한 개발계획 적정성 평가 시 배출량 증가에 따른 미세먼지 영향을 사전에 정량적으로 파악하여 복잡한 3차원 대기질 모델링을 수행하기 전 사전 평가 단계에서 유용하게 활용할 수 있다. 따라서 본 연구 결과가 향후 지자체별 미세먼지 특별대책 수립과 지자체 단위의 개발계획 수립 시 사전 평가 단계에서 유용하게 활용할 수 있을 것으로 기대한다.