[논문]광화학스모그 챔버를 이용한 수도권의 고농도 오존물질 해석

홍유덕; 이상욱; 한진석; 김신도

광화학스모그 챔버를 이용한 수도권의 고농도 오존물질 해석
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홍유덕 (국립환경연구원 대기연구부) , 이상욱 (국립환경연구원 대기연구부) , 한진석 (국립환경연구원 대기연구부) , 김신도 (서울시립대학교)

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문제 정의

본 연구에서는 수도권의 대기질 상태 파악 및 오존 생성의 원인이 되는 전구물질의 농도를 파악하여 오존 생성 메커니즘을 규명하고, 광화학 스모그 챔버 실험을 통하여 수도권 오존 농도를 효율적으로 저감할 수 있는 기초자료를 도출하고자 하였다.
본 연구에서는 실제 대기 중의 VOCs/NOx Matrix가 VOCTimited인지 혹은 NOxTimited인지 알아보기 위하여 광화학 평가측정망으로부터 도출된 실제 대기 중의 VOCs/NOx Matrix에 VOCs와 NO농도를 추가(25%, 50%)시키거나 감소(25%, 50%) 시킴으로써 오존 농도의 변화를 알아보았다.

제안 방법

광화학 스모그 챔버 실험을 실시하기 위하여 광화학 측정망 자료 및 배출원 현황 등을 고려하여 '02년 6월부터'03년 3월까지 측정한 자료를 대상으로 VOCs 농도, 오존 농도, VOCs/NOx비, 실제 대기 중 VOC/NOx Matrix를 산출하였다.
광화학 측정망 자료 및 배출원 현황 등을 고려하여 스모그 챔버 실험 대상 물질로 선정한 9개 단일 VOC(6개 인위적 VOC, 3개 자연적 VOC)와 실제 대기 중 VOC/NOx Matrix에 대하여 광화학 스모그 챔버 실험을 실시하였다.
대기 중 VOCs/NOx Matrix는 두 가지로 나누어서 산출하였는데 첫 번째는 하루 24시간을 기준으로 하여 00:00시부터 24:00시까지의 1시간 자료를 모두 평균하여 산출하였고, 두 번째는 자동차의 통행으로 인하여 오존 전구물질이 많이 배출되는 시간대인 06:00시부터 09:00시까지 Rush Hour 시간대에 해당하는 기간 동안의 1시간 자료를 평균하여 산출하였다.
이를 위하여 수도권 대기 중에 존재하는 VOCs중 오존생성 기여도가 높은 단일 VOCs와 실제 대기 중의 VOCs/NOx Matrix에 의하여 광화학 스모그 실험을 실시하여 생성되는 최고 오존 농도를 파악하였다. 또한 배출원의 Matrix와 대기중 VOCs Matrix를 고려한 오존 저감 시나리오를 설정하고 각 오존저감시나리오별 오존 저감 효과를 분석하고 평가하였다.
수도권 지역에서 오존생성 기여도가 높는 VOCs를 줄이기 위해서 수도권 지역의 VOCs 배출원별 기여율과 각 배출원에서 배출되는 VOCs의 종류, 그리고 각 VOCs의 오존 생성기여도 등을 고려하여 오존 저 감시나리오를 설정하고 스모그 챔버 실험에 의하여 오존저감 효과를 평가하였다
이를 위하여 수도권 대기 중에 존재하는 VOCs중 오존생성 기여도가 높은 단일 VOCs와 실제 대기 중의 VOCs/NOx Matrix에 의하여 광화학 스모그 실험을 실시하여 생성되는 최고 오존 농도를 파악하였다. 또한 배출원의 Matrix와 대기중 VOCs Matrix를 고려한 오존 저감 시나리오를 설정하고 각 오존저감시나리오별 오존 저감 효과를 분석하고 평가하였다.

성능/효과

7개 광화학 평가측정소에서 측정된 휘발성유기화합물질 중 광화학 오존생성 잠재력 (POCP : Photochemical Ozone Creation Potentials)를 고려하여 각각의 VOC가 오존의 생성에 기여하는 정도를 기여율(初로 나타내었을 때, toluene이 23.0%로 가장 높고, propane 10.6%, ethylene 10.5%, m, p--xylene 8.2%, n-butane 7.6%, propylene 3.5%, i-pentane 2.8%, i-butane 2.7%, n-pentane 2.5%, ethane 2.3%로 나타났다,
Rush Hour 시간대의 VOCs/NOx Matrix로 스모그 챔버 실험을 실시했을 때 6시간 후의 최고오존 농도 는 57ppb, 일간평균 시간대의 VOCs/NOx Matrix로 스모그 챔버 실험을 실시했을 때 6시간 후의 최고 오존농도는 47ppb로 나타났으며, Rush Hour 시간대가 일간평균 시간대에 비하여 생성되는 최고 오존 농도 가 약 1.2배 정도 높게 나타났다.
VOCs/NOx Matrix에 VOCs와 NOx 농도를 추가시키거나 감소시킴으로써 광화학 오존 농도의 변화를 관측한 결과, 오존 농도는 VOCs 배출량과 같은 방향으로 움직이고 있는 것으로 판단된다. 따라서 수도권의 오존을 저감시키기 위해서는 VOCs의 배출량을 저감시키는 방향으로 저감 정책을 진행시켜야 할 것으로 판단된다.
우리나라 수도권 지역에 설치된 광화학 평가측정망의 VOCs/NOx비는 정동측정소4.3±2.6, 불광동3.5±3.0, 심곡동 3.8±2.5, 구월동4.012.6, 석모리 2.0士L6, 포천 3.8土L9로서 2.0~4.3의 범위에 있었으며, 전체 광화학 평가측정망을 대상으로 했을 때의 VOCs/NOx비는 3.5±2.6인 것으로 나타났다.

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