먼지란 대기 중에 떠다니거나 흩날려 내려오는 입자상 물질을 말하는데, 석탄·석유 등의 화석연료를 태울 때나 공장·자동차 등의 배출가스에서 많이 발생한다. 먼지는 입자의 크기에 따라 50μm 이하인 총먼지(TSP, Total Suspended Particles)와 입자크기가 매우 작은 미세먼지(PM, Particulate Matter)로 구분한다. 미세먼지는 마이크로(1μm＝1/1000mm)라는 단위로 표시하는데, 지름이 10μm보다 작은 미세먼지(PM10)와 지름이 2.5μm보다 작은 초미세먼지(PM2.5)로 나뉜다. 미세먼지(PM10)는 사람의 머리카락 지름(50~70μm)보다 약 1/5~1/7 정도로 작은 크기라면, 초미세먼지(PM2.5)는 머리카락의 약 1/20~1/30에 불과할 정도로 매우 작다. 이처럼 미세먼지는 눈에 보이지 않을 만큼 매우 작기 때문에 대기 중에 머물러 있다 호흡기를 거쳐 폐 등에 침투하거나 혈관을 따라 체내로 이동하여 들어감으로써 건강에 매우 나쁜 영향을 미칠 수 있다.
세계보건기구(WHO)는 미세먼지(PM10), 초미세먼지(PM2.5)에 대한 대기질 가이드라인을 1987년부터 제시해왔고, 2013년에는 세계보건기구 산하의 국제암연구소(IARC, International Agency for Research on Cancer)에서 미세먼지를 사람에게 발암이 확인된 1군 발암물질(Group 1)로 지정하였다. 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 탄소물질, 검댕, 지표면 흙먼지 등에서 생기는 광물 등으로 구성된다.
미세먼지의 발생원을 살펴보면 굴뚝 등 발생원에서부터 고체상태의 미세먼지로 나오는 경우(1차 발생)와 발생원에서는 가스 상태로 나온 물질이 공기 중의 다른 물질과 화학반응을 일으켜 미세먼지가 되는 경우(2차 발생)로 나누어 질 수 있다. 석탄·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 생성되기도 하는데 이것이 2차 발생에 속한다. 2차 발생이 중요한 이유는 화학반응에 의한 2차 생성 비중이 전체 미세먼지(PM2.5) 발생량의 약 2/3을 차지할 만큼 매우 높기 때문이다.
대기오염물질인 휘발성 유기화합물, 질소산화물, 황산화물 등이 미세먼지로 전환되는 과정은 다음과 같다. 우선 자동차 배기가스 등에 많이 포함된 휘발성 유기화합물(VOCs)은 반응성이 강한 물질(OH, O3 등)과 화학반응을 일으켜 2차 유기입자(Secondary Organic Particles)가 된다. 또한 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 물질로써 2차 미세먼지인 것이다. 아울러 아황산가스(SO2)는 수증기 등과 반응하여 황산(H2SO4)이 되고, 이는 다시 암모니아 등과 반응하여 황산암모늄((NH4)2SO4) 등 미세먼지 입자를 생성한다.
미세먼지 배출량이 가장 많은 배출원은 제조업의 연소공정이며, 그 다음으로 자동차를 비롯한 이동오염원에서 많이 배출되었다. 이동오염원에서 나오는 미세먼지는 대부분이 초미세먼지(PM2.5)로 그 비중이 92%에 이른다. 도로이동오염원의 경우 화물차와 레저용차량(RV, Recreational Vehicle)차량에서 미세먼지 대부분이 배출되며, 비(非)도로이동오염원의 경우 선박과 건설장비 등에서 미세먼지가 많이 나온다. 이들 통계에 포함되어 있지 않은 것으로 날림먼지가 있다. 날림먼지는 일정한 배출구 없이 대기로 흩날리는 미세먼지를 말한다. 날림먼지로 인한 미세먼지 발생량은 매우 많은 것으로 추정되고 있다.
미세먼지 농도는 전국의 300여개 측정소에서 측정되어 ‘실시간 대기오염 정보공개시스템(www.airkorea.or.kr)’ 등을 통해 2016년부터 공개하고 있다. 전국 6개 지역(수도권, 백령도, 남부권, 중부권, 영남권, 제주도 등)에서는 황사 등 장거리이동 대기오염물질의 성분을 정밀조사하고 있다. 그 조사결과를 이용하여 고농도 미세먼지 현상에 대한 원인을 다각적으로 분석하고 있다. 미세먼지 측정방법으로는 방사선 또는 빛의 물리적 특성을 이용하여 간접적으로 측정하는 방법(베타선 흡수법, 광산란법)과 미세먼지의 질량을 저울로 직접(수동) 측정하는 방법(중량농도법)으로 미세먼지 농도를 측정할 수 있다. 이렇게 측정한 미세먼지 농도는 공기 1m³ 중 미세먼지의 무게(백만 분의 1g을 의미하는 μg)를 나타내는 μg/m³ 단위로 표시한다.
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. 미세먼지는 조리법에 따라서 그 발생정도가 다르다. 기름을 사용하는 굽기나 튀김요리는 재료를 삶는 요리보다 미세먼지를 많이 발생시키며, 평소 미세먼지 농도보다 최소 2배에서 최대 60배 높게 발생시킨다.
산업 부문의 2014년 대비 2018년 미세먼지 배출 감축량은 1만 7,0971t이다. 대기 정체와 중국 스모그 유입이 동시에 일어나면서 2015년 관측 이래 전국이 사상 최악의 초미세먼지로 뒤덮이기도 했다. 2022년까지 감축하겠다는 35.8%의 내용을 분야별로 살펴보면 산업 6만 2,400t, 수송 3만 2,360t, 발전 1만 1,681t, 생활 9,675t이다. 이처럼 국내 미세먼지 배출량이 줄고 중국의 강도 높은 대기 환경 개선 정책이 성공하면 우리나라의 연평균 미세먼지 농도는 크게 낮아질 것으로 기대된다. 감축 목표를 달성하려면 가성비가 높은 저감 대책들을 먼저 시행해야 한다.
