초록 ▼

본 연구에서는 대도시 스모그 현상을 정량적으로 규명하기 위하여 다양한 실험(서울 대기, 청정공기 + VOCs + 에어로졸)과 비교 실험이 가능하도록 동일한 크기의 쌍둥이 스모그 챔버(twin smog chamber) 2개(기준 챔버, 시험 챔버)를 설계, 제작하였다. 특히, 선진국의 스모그 챔버 연구와 차별화시키고, 우리의 스모그 문제를 독창적인 방법으로 규명하기 위하여 서울 대기를 이용한 실험계획을 수립하고, 이것을 챔버 설계에 반영하였다. 먼저 스모그 챔버의 기본적인 성능(광원, 테플론 벽면에서 가스상 및 입자상 물질의 손실,

본 연구에서는 대도시 스모그 현상을 정량적으로 규명하기 위하여 다양한 실험(서울 대기, 청정공기 + VOCs + 에어로졸)과 비교 실험이 가능하도록 동일한 크기의 쌍둥이 스모그 챔버(twin smog chamber) 2개(기준 챔버, 시험 챔버)를 설계, 제작하였다. 특히, 선진국의 스모그 챔버 연구와 차별화시키고, 우리의 스모그 문제를 독창적인 방법으로 규명하기 위하여 서울 대기를 이용한 실험계획을 수립하고, 이것을 챔버 설계에 반영하였다. 먼저 스모그 챔버의 기본적인 성능(광원, 테플론 벽면에서 가스상 및 입자상 물질의 손실, 청정공기의 순도)을 평가하였다. 주로 서울 대기를 이용하여 광화학 반응 또는 수분 반응에 의한 오존 및 입자의 생성 과정을 규명하는 실험을 수행하였다. 특히, 광도, 초기 에어로졸 농도, 톨루엔 농도가 광화학 반응에 미치는 영향을 규명하여 이들 인자와 광화학 스모그의 관련성을 밝혀냈다. 이와 함께 청정공기에 톨루엔과 질소산화물을 주입하여 톨루엔의 광화학 반응 현상을 관찰하여 기존 연구결과와 비교하였다. 또한, 스모그 챔버에 유입되는 실제 공기의 특성을 파악하기 위해 대기 측정 시스템을 구축하였으며, 이를 이용하여 겨울철 서울 대기 에어로졸의 특성을 밝혀내고, 부수적으로 황사 또는 스모그 발생시 에어로졸의 입경분포 특성도 관찰하였다. 한편, 기존 측정치를 이용하여 서울의 스모그 특성을 해석하고 스모그 생성 시나리오를 설정하였으며, 이를 근거로 단계별 실험계획을 수립하고 연구주제를 설정하였다.

Abstract ▼

The goal of the first stage is to construct indoor smog chamber and analyze Seoul smog phenomena. And then the goal of second stage is to investigate the smog formation mechanisms by conducting smog chamber experiments, and to suggest the reduction strategy for smog phenomenon. The contents and scop

The goal of the first stage is to construct indoor smog chamber and analyze Seoul smog phenomena. And then the goal of second stage is to investigate the smog formation mechanisms by conducting smog chamber experiments, and to suggest the reduction strategy for smog phenomenon. The contents and scope of this study are as followings:
Tasks / Research contents and scope
1. 1 ('00)
o Survey of the characteristics of Seoul smog
o Design of the smog chamber
- To analyse the characteristics of Seoul smog using existing data
- To suggest the scenario for Seoul smog phenonenon and set up the test plan
- To design and construct the smog chamber system
- To conduct preliminarily the performance evaluation of the smog chamber
2. 2 ('01)
o Suggestion of the scenario for the smog fonnation
o Construction of the indoor smog chamber
- To analyse and monitor the VOC and fine particles
- To install the clean air and gas supply utilities
- To conduct performance evaluation of the smog chamber : light intensity, natural decay, leak, $NO_2$ photolysis rate, etc.
- To survey the characteristics of the ambient air in Seoul using ambient air monitoring system
- To perform basic chamber experiments using ambient air : photochemical reactions and effect of water vapor
3. 3 ('02)
o Experiment and analysis of smog formation and conversion process in a smog chamber
o Tracking of precursors for smog and development of numerical modelling considering fine particles
- To quantitatively analyze the formation and conversion process of smog in smog chamber filled with Seoul ambient air
- To quantitatively analyze the formation and conversion process of smog in smog chamber filled with a artificial mixture based on purified air: photochemical reactions of toluene-$NO_x$-purified air mixture
- To monitor ambient air quality in Seoul: Asian dust in spring
- To numerically simulate the photochemical reactions of gas phase species
- To numerically simulate aerodynamic phenomena such as fonmation and condensational growth of aerosols
4. 4 ('03)
o Development of control technology for smog phenomena
o Development of application technology using chambers
- To quantitate the process of smog formation:evaluation of wall contamination of Teflon bags, finding of wall contamination effect on photochemical reactions in a smog chamber.
- To quantitatively evaluate parameters contributing smog formation: light intensity, aerosols, toluene
- To evaluate outgassing of air pollutants from construction materials: to evaluate secondary air pollution caused by natural paint
- To monitor ambient air quality in Seoul:comparison of OPC with APS

목차 Contents

• 제1장 연구개발과제의 개요...34
• 제1절 스모그 제어 기술...34
• 제2절 연구개발의 필요성...38
• 제3절 연구개발의 내용 및 범위...44
• 제2장 국내외 기술개발 현황...48
• 제1절 국외 현황...48
• 제2절 국내 현황...54
• 제3장 연구개발 수행 내용 및 결과...58
• 제1절 전국의 시정 특성...58
• 1. 서론...58
• 2. 서울 스모그 특성의 1차 해석...60
• 3. 우리나라의 시정 분석...64
• 제2절 광화학 상자모델과 기체/입자 평형모델을 이용한 서울$\cdot$수도권의 계절별 질산염 농도 변화...82
• 1. 서론...82
• 2. 모델링...83
• 3. 결과 및 고찰...90
• 4. 요약 및 결론...96
• 제3절 서울 스모그 생성 시나리오 및 주요 인자...98
• 1. 서울 스모그 생성 시나리오...98
• 2. 2001년 6월 서울에서의 비메탄계 탄화수소와 미세입자의 농도 변화...101
• 제4절 다기능 실내 스모그 챔버...117
• 1. 개요...117
• 2. 스모그 챔버의 설계 및 제작...118
• 제5절 스모그 챔버의 성능평가...126
• 1. 광원의 특성과 광분해율...126
• 2. 가스상 벽면손실 (wall loss)...130
• 3. 입자상 물질의 벽면손실...132
• 4. 청정공기의 순도...145
• 5. 실제 대기의 광화학 반응 챔버로 사용되는 테플론 백의 오염도 평가...146
• 제6절 서울 대기를 이용한 광화학 반응 실험...166
• 1. 서론...166
• 2. 챔버 실험...168
• 3. 실험결과 및 고찰...172
• 제7절 서울 대기를 이용한 수분 반응 실험...189
• 1. 2002년 봄철 대기를 이용한 실험...189
• 2. 2003년 겨울철 대기를 이용한 실험...215
• 3. 2003년 봄철 대기를 이용한 실험...228
• 제8절 스모그 인자의 광화학 반응 기여도 평가: 광도의 영향...251
• 1. 서론...251
• 2. 챔버 실험...252
• 3. 결과...258
• 4. 검토...267
• 5. 결론...273
• 제9절 스모그 인자의 광화학 반응 기여도 평가: 초기 에어로졸 농도의 영향...275
• 1. 개요...275
• 2. 챔버 실험...275
• 3. 결과 및 고찰...279
• 4. 결론...296
• 제10절 The Effect of Initial Concentration Ratio of Toluene/$NO_x$ on the Photochemical Reaction in Twin Smog Chambers Filled with Ambient Air...298
• 1. Introduction...298
• 2. Experimental...299
• 3. Results and Discussion...303
• 4. Conclusions...312
• 제11절 톨루엔-$NO_x$-공기 혼합물의 광화학 반응 실험 및 모사...313
• 1. 초기 톨루엔 농도가 톨루엔-$NO_x$-공기 혼합물의 광산화 반응에 미치는 영향 : I. 가스상 물질의 변화...313
• 2. 초기 톨루엔 농도가 톨루엔-$NO_x$-공기 혼합물의 광산화 반응에 미치는 영향 : II. 입자상 물질의 생성 및 성장...334
• 3. 모사...354
• 4. Morphology...358
• 제12절 에어로졸의 생성 및 성장 현상의 모사...362
• 1. Bimodal moment method를 이요한 톨루엔/$NO_x$ 혼합물의 광화학 반응 실험의 모사...362
• 제13절 The Secondary Products by Ozone-initiated Reaction with Terpenes Emitted from Natural Paint...370
• 1. Introduction...370
• 2. Experimental...372
• 3. Results and discussion...377
• 4. Conclusions...386
• 제14절 서울 대기질 모니터링...387
• 1. 겨울철 서울 대기 에어로졸의 입경별 수 농도 특성...387
• 2. 2002년 봄철 서울 대기질 모니터링...408
• 3. APS와 OPC를 이용한 대기 에어로졸 입경분포 측정결과의 비교...413
• 제4장 목표달성도 및 관련분야의 기여도...418
• 제1절 연도별 연구목표...418
• 1. 연구개발 목표 및 연구내용...418
• 2. 1단계 1차년도 연구수행 방법 및 연구내용...419
• 3. 1단계 2차년도 연구수행 방법 및 연구내용...420
• 4. 2단계 1차년도 연구수행 방법 및 연구내용...422
• 5. 2단계 2차년도 연구수행 방법 및 연구내용...423
• 제2절 연구개발의 목표의 달성도...424
• 제3절 관련분야의 기여도...426
• 제5장 연구개발결과의 활용계획...428
• 제1절 국내외 관련분야의 환경변화...428
• 1. LA 지역의 스모그 문제 해결...428
• 2. 미세입자 중 유기성분에 관한 관심의 증대...429
• 3. 미세입자 성분의 실시간 측정...430
• 제2절 2단계 연구결과의 활용현황...431
• 제3절 연구결과의 활용방안...432
• 제4절 향후 연구계획...433
• 1. 디젤 자동차 배출가스를 이용한 챔버 실험...433
• 2. Biogenic VOCs의 광화학 반응 챔버 실험...438
• 3. 스모그 저감 방안 연구...442
• 제6장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술 정보...444
• 제1절 University of California, Riverside의 연구동향...444
• 제2절 CSIRO, Sydney의 연구동향...448
• 제3절 스모그 챔버 연구에 관한 국제 워크숍 개최...449
• 제4절 환경입자 연구교류회 개최...450
• 제7장 참고문헌...452