[생활속 과학이야기] 생활 속 오존과 측정표준

정진상 한국표준과학연구원 가스측정그룹장

봄이 시작되면 눈이 편할 날이 없다. 4월 중순부터 송화가루가 날리기 시작하며, 눈이 따갑고 가려운 날들이 계속된다. 5월을 지나면 이번엔 오존이 문제를 일으킨다. 6월 말까지 오존 농도가 높게 유지되며 눈의 따가움은 계속된다. 게다가 고농도 오존에 반복적으로 노출되면 천식 등 호흡기 질환의 발생과 악화를 초래할 수 있다. 초미세먼지는 마스크로 막을 수 있지만, 오존은 기체 상태로 존재하기 때문에 마스크로도 차단되지 않아 더 큰 문제가 된다.

그나마 최근 몇 년간 초미세먼지 농도는 개선되는 추세다. 2015년 연평균 농도는 26μg/㎥(마이크로그램 퍼 세제곱미터)였으나, 2023년에는 19μg/㎥까지 낮아졌다. 반면 오존은 2015년 27ppbv(1ppbv는 단위 체적당 10억 분의 1)에서 2023년 32.7ppbv로 상승했다. 오존주의보 발령 횟수 또한 같은 기간 33회에서 62회로 거의 두 배 증가했다. 이는 농도뿐만 아니라 국민이 고농도 오존에 노출되는 빈도가 증가했음을 의미한다.

오존은 자외선을 흡수하는 성질이 있어 흡수단면적이라는 값을 이용해 농도를 측정한다. 전국 300개가 넘는 측정소에서 매시간 농도를 감시하고 있다. 오존은 불안정한 기체이기 때문에 이산화질소나 이산화황처럼 표준가스로 만들어 교정할 수 없다. 대신 기준 측정기와의 비교를 통해 정확도를 확보한다. 우리나라의 기준 측정기는 한국표준과학연구원이 보유하고 있으며 국제적으로는 프랑스 국제도량형국(BIPM)의 기준기를 기준 삼아 각국이 정기적으로 비교측정을 수행한다.

현재까지 오존의 흡수단면적은 1961년에 정해진 값을 사용해 왔다. 그러나 최근 한국표준과학연구원을 포함한 국제 표준기관과 여러 연구기관이 재측정한 결과, 새로운 값이 도출되었고 전 세계가 이를 받아들여 적용하기로 했다. 이 새로운 기준을 적용하면 기존보다 약 1% 정도 농도가 더 높게 측정된다. 국내에서도 올해 말부터 모든 오존 측정소에 이 새로운 값이 적용될 예정이다.

오존은 차량이나 공장에서 직접 배출되는 물질이 아니다. 대기 중 질소산화물(NOx)과 휘발성유기화합물(VOCs)이 햇빛을 받아 광화학 반응을 일으키면서 만들어진다. 그런데 이 반응은 단순하지 않다. 특정 물질을 줄이면 오히려 오존 농도가 높아지는 현상도 발생한다. 실제로 코로나19 팬데믹 당시 중국에서 차량 운행이 급감하며 질소산화물이 줄었는데 오히려 오존은 증가한 바 있다. 질소산화물은 고농도 초미세먼지를 형성하는 데 가장 크게 기여하는 물질로 잘 알려져 있다. 이에 따라 정부는 지난 몇 년간 질소산화물 배출을 줄이기 위한 다양한 저감 정책을 추진해 왔다. 이러한 노력은 초미세먼지 농도를 낮추는 데 효과적이었지만, 질소산화물 감축이 오히려 오존 농도를 증가시킨 것은 아닌지에 대해 되짚어볼 필요가 있다.

따라서 오존을 줄이기 위해서는 단순히 원인 물질을 줄이는 것만으로는 부족하다. 지역별 대기 특성과 반응 조건을 고려한 과학적인 접근이 필요하다. 이를 위해서는 질소산화물, 휘발성유기화합물, 라디칼 등 관련 성분을 정밀하게 측정하고 분석해야 한다. 필자가 속한 한국표준과학연구원 가스측정그룹은 우리나라 대기환경 특성을 반영한 휘발성유기화합물 측정항목을 새롭게 정립하고, 현장에서 정확하게 측정하기 위한 표준가스를 개발하는 연구를 계획하고 있다. 또한 국내에 측정 기반이 전무한 대기 중 극미량 라디칼 성분을 실시간으로 측정하기 위한 기술을 개발하고 있다. 앞으로도 한국표준과학연구원은 오존 관련 전주기 측정 기술과 측정표준을 개발하고 보급함으로써 오존 생성 원인을 규명하고 저감 대책 마련하는데 지속적으로 기여할 것이다. 정진상 한국표준과학연구원 가스측정그룹장