미세먼지 범부처 사업 온라인 성과발표회 개최

미세먼지 범부처 사업 온라인 성과발표회 개최

 

기후환경대응팀 작성일 2020.09.10.

 

미세먼지 범부처 사업 온라인 성과발표회 개최
- 미세먼지 저감 정책 수립의 과학적 근거 확보,
미세먼지 예보 역량 향상 등 7대 주요 성과 창출 -

□ 과학기술정보통신부(장관 최기영, 이하 ‘과기정통부’), 환경부(장관 조명래), 보건복지부(장관 박능후)는 미세먼지 범부처 사업 ‘성과발표회’를 9월 11일(금) 온라인으로 개최한다고 밝혔다.
※ (시간/채널) 14:00～16:30/ kist.mlive.kr, 과기정통부ㆍ환경부ㆍ보건복지부ㆍ유튜브 채널, 과기정통부 네이버TV 채널

□ 동 사업은 미세먼지가 사회적 이슈로 부각된 이후 과학기술 기반의 미세먼지 문제 해결 방안을 마련하기 위해 세 부처가 단일 사업단을 구성해 출범한 사업으로, ‘17년 9월에 연구를 시작하여 이번 9월에 종료된다.
※ (사업 기간/규모) ’17～’20년/ 총 492억원

ㅇ 사업단은 ①발생ㆍ유입, ②측정ㆍ예보, ③집진ㆍ저감, ④국민생활 보호ㆍ대응 등 4대 부문에서 연구개발을 추진해왔고, 사업 기간 동안 중간 연구 성과를 공유하기 위한 성과공유회도 3차례(’18.9월, ’19.3월, ’19.12월) 개최한 바 있다.
□ 많은 기관과 연구자들이 사업단의 연구 과제에 참여하여 사업 목표를 달성하기 위해 노력했으며, 그 결과 7개의 주요 연구 성과를 도출해냈다.
※ 참여 기관(대학ㆍ연구소ㆍ기업) 80개, 참여 연구자 573명, 미세먼지 포럼ㆍ세미나ㆍ토론회 40회 개최, SCI급 논문 136건, 특허 출원 19건 등

구분
주요 성과
①
미세먼지 저감 정책 수립의 과학적 근거가 되는 연구 결과 도출
②
미세먼지 예보 역량 향상
③
사업장 미세먼지 저감 기술 개발 및 실증
④
미세먼지 연구 인프라 확대
⑤
미세먼지의 인체 영향 과학적 규명
⑥
미세먼지 노출 저감을 위한 기술개발 및 가이드라인 마련
⑦
미세먼지 국민 이해도 제고

※ 상세 내용 붙임3 참고
① 먼저, 미세먼지 저감 정책 수립 시 과학적 근거로 활용될 수 있는 배출량 추정 기법*, 미세먼지 생성 과정** 관련 연구 결과를 도출했다.
* 위성(美 NASA) 관측자료를 활용해 미세먼지 원인물질(질소산화물, 휘발성 유기화합물, 암모니아 등)의 배출량을 추정하는 방법 개발
⇒ 국가 배출량 통계(CAPSS) 개선 시 근거 자료로 활용
** 중국발 미세먼지가 유입될 때 유입량보다 더 심한 수준의 고농도 초미세먼지 현상이 나타나는 이유를 과학적으로 규명
⇒ 중국발 미세먼지 유입이 예상될 때 국내 질산염 생성 억제를 위한 정책(노후 경유차 운행 제한 등) 수립 필요성의 근거 제공
② 미세먼지 예보에 필요한 미세먼지 생성량 관계식*, 배출량** 등을 국내 대기 환경 및 배출원에 맞게 개선하여 예보 역량을 향상시켰다.
* 휘발성 유기화합물(VOCs) 중 2차 미세먼지 생성 기여 비중이 큰 4종의 농도에 따른 미세먼지 생성량 관계식을 국내 대기 환경에 맞게 보정
** 전국의 도로별 혼잡도, 차량 연식 등의 정보를 입력하여 시간대별, 지역별 차량에 의한 대기오염물질 배출량을 개선한 배출모형(CARS) 개발
③ 사업장의 초미세먼지(PM2.5)와 미세먼지 원인물질(질소산화물, 황산화물 등) 배출량을 줄일 수 있는 기술을 개발하고 실증을 마쳤다.
※ PM2.5 배출량의 최대 85% 저감 기술 실증, 이산화황(SO2) 배출량의 최대 97% 분리ㆍ회수 원천기술 개발 등
④ 향후 미세먼지 연구 고도화를 위한 스모그챔버*, 미세먼지 측정용 항공기** 등의 인프라를 확대했다.
* 스모그챔버 부피 확대(6 → 27㎥), 온도 조절 가능(-10～40℃) 등
** 탑재 장비 확대(5→15개), 비행시간 증가(3→5시간), 가스ㆍ입자 동시 측정 가능 등
⑤ 미세먼지가 심혈관계, 호흡기계 등 인체 건강에 미치는 영향*과 보건용 마스크 착용 효과**를 과학적으로 규명했다.
* 만 15세 미만에서 호흡기계 질환, 만 65세 이상에서는 심혈관계 질환으로 인한 입원 위험률 증가
** 만 65세 이상이 마스크를 착용하면 미착용 시에 비해 혈압 감소
⑥ 실내 미세먼지 노출을 줄이기 위한 기술*을 개발하고, 생활보호제품(공기청정기, 주방 후드 등) 사용 가이드라인**을 마련했다.
* 0.1～1㎛ 크기의 입자 65%이상 제거, 1～3㎛ 크기의 입자 95% 이상 제거하는 정전(靜電) 필터 소재 개발
** 고농도 미세먼지 발생 시 공기청정기는 자동 운전보다는 강풍으로 설정하는 것이 효과적, 주방 후드는 조리 이후에도 30분간 가동 등
⑦ 마지막으로 연구 성과 외에도 국민들이 미세먼지의 특징을 이해하고, 생활 속에서 미세먼지 노출을 줄일 수 있는 실천 능력을 기를 수 있도록 돕는 ‘미세먼지 파수꾼 양성 교육’ 과정도 운영하였다.
※ 총 21회 운영하여 1,430명 교육 수료

□ 이번 성과발표회는 코로나19 상황으로 인해 온라인으로 개최되며,

ㅇ 사업단장과 4대 부문별 세부 사업단장이 사업의 개요와 추진경과, 각 분야별 연구 성과, 향후 성과 활용ㆍ연계 방안 등에 대해 발표할 예정이다.
□ 미세먼지 범부처 프로젝트 종료 이후 정부는 단기적 성과를 낼 수 있는 기술개발 위주에서 벗어나, 미세먼지 문제의 근본적 해결에 기여할 수 있는 다부처(환경부(주관), 과기정통부, 해수부 등) 공동 기술개발 사업(예타)을 기획(’22년 사업 착수 목표)하고 있으며,
ㅇ 예타가 통과되어 사업이 시작되기 전까지는 부처별 신규 사업을 통해 미세먼지 연구를 중단 없이 이어나갈 예정이다.
< 부처별 신규 미세먼지 R&D 사업 >

부처명
사업명
기간
총 예산
사업 내용
과기
정통부
동북아-지역 연계 초미세먼지 대응 기술개발
’20~’24
458억원
동북아 연구자간 국제협력연구, 천리안2B 등 위성 활용 동북아 지역 입체관측, 미세먼지 물리ㆍ화학적 특성 규명, 지역 맞춤형 저감 기술 실증 등
환경부
미세먼지 사각지대 해소관리 실증화 기술개발
‘20~’22
300억원
미세먼지 사각지대 해소·관리를 위한 미세먼지 저감·측정·분석기술 개발
복지부
미세먼지 기인 질병
대응 연구
’19~’23
250억원
건강 취약계층 및 기저질환자 대상 미세먼지 노출에 의한 건강피해를 최소화하기 위한 과학적 근거 생산

□ 과기정통부 김봉수 기초원천연구정책관은 “3년 동안 과학기술 기반의 미세먼지 문제 해결을 위해 노력해주신 연구자들의 노고에 감사드린다”면서,
ㅇ “정부는 앞으로도 미세먼지 문제를 근본적으로 해결하는데 필요한 R&D를 계속 지원하고, R&D 성과가 미세먼지 문제 해결에 어떤 역할을 했는지 국민들께 쉽게 설명하기 위해 노력하겠다”고 밝혔다.

붙임1

미세먼지 범부처 프로젝트 사업 개요

□ 사업 개요

ㅇ (사업목적) 미세먼지 발생ㆍ유입, 집진ㆍ저감, 측정ㆍ예보, 국민생활 보호ㆍ대응 등 4대 부문에 과학기술 기반의 솔루션 마련

ㅇ (사업기간/ 예산) ’17년 ~ ’20.9월 / 492억원(정부 457억원, 민간 35억원)

※ 과학기술정보통신부 주관으로 범부처(과기정통부, 환경부, 복지부) 단일 사업단(한국과학기술연구원)을 통한 사업 수행

ㅇ (‘20년 예산) 52.76억원(과기정통부 28.89억원, 환경부 23.87억원)

□ 세부 추진 내용

미세먼지 ①발생ㆍ유입, ②집진ㆍ저감, ③측정ㆍ예보, ④국민생활 보호ㆍ대응 등 4대 부문별 시급한 현안 해결을 위한 연구‧개발

① (발생ㆍ유입) 미세먼지 생성을 유발하는 메커니즘 규명, 미세먼지 발생원인 및 기여도 추정
※ 동북아 조건에 맞는 미세먼지 2차 생성 메커니즘 규명하기 위해 실제 대기 환경을 모사할 수 있는 중형급 스모그 챔버(27m3)를 구축 등

② (측정ㆍ예보) 상공 대기질 관측 중형 항공측정 시스템 구축, 한국형 통합 대기질 측정 및 예보 시스템 개발
※ 미세먼지 예측 정확도를 75%까지 높일 수 있는 한반도 특화 미세먼지 예보모델 개발

③ (집진ㆍ저감) 사업장 미세먼지 원인 물질인 SOx, NOx 저감·활용 관련 연구 수행
※ 기존 필터 대비 비용 30% 절감‧설치면적 60% 이하의 집진기술 실증 장비 설치 및 실증(POSCO 광양 제철소) 등

④ (보호ㆍ대응) 미세먼지 건강영향 평가, 실환경 미세먼지 통합관리 기술 및 생활환경 미세먼지 노출저감 기술 개발
※ 실환경 시험 및 리빙랩 운영을 통한 ‘주택 실환경 평가용 인증규격’ 마련

붙임2

미세먼지 범부처 프로젝트 성과발표회 개최 안내문

붙임3

미세먼지 범부처 프로젝트 사업 7대 주요 성과

① 미세먼지 저감 정책 수립의 과학적 근거가 되는 연구 결과 도출
추진
배경
ㅇ 미세먼지 발생을 줄이기 위해서는 먼저 미세먼지가 어디서, 얼마나, 어떻게 발생하는지 등 현상에 대한 기초연구가 필요
- 그러나 미세먼지 원인물질의 배출량(어디서, 얼마나) 산정 신뢰도를 보완할 수 있는 방안이 부족했으며,
- 고농도 미세먼지 현상이 발생되는 이유(어떻게) 등이 과학적으로 명확하게 밝혀지지 않았던 상황
성과
① 위성(美 NASA) 관측자료를 활용해 미세먼지 원인물질(질소산화물, 휘발성 유기화합물, 암모니아 등)의 배출량을 추정하는 방법 개발
- 기존의 국가별 배출량 자료 대비 한국 60%, 중국 34%, 일본 47%, 북한 62% 증가
⇒ 국가 배출량 통계(CAPSS) 개선 시 근거 자료로 활용
② 중국발 미세먼지가 유입될 때 유입량보다 더 심한 수준의 고농도 초미세먼지 현상이 나타나는 이유를 과학적으로 규명
※ 중국발 미세먼지에 다량 함유된 수분이 국내 자동차 배기가스(질소산화물)와 만나 초미세먼지(질산염)가 생성되고, 생성된 질산염이 수분을 흡수하면 질소산화물과 반응해 추가 질산염이 생성되는 되먹임(피드백) 현상 발생
⇒ 중국발 미세먼지 유입이 예상될 때 국내 질산염 생성 억제를 위한 정책(노후 경유차 운행 제한 등) 수립 필요성의 근거 제공
기대
효과
ㅇ 과학적 연구 결과에 근거한 미세먼지 정책을 수립하여 효율적인 미세먼지 저감이 가능할 것으로 기대

위성 활용 배출량 추정 연구
고농도 초미세먼지 현상 발생 원인 규명

② 미세먼지 예보 역량 향상
추진
배경
① 2차 생성 미세먼지 중 휘발성 유기화합물(VOCs)에 의한 생성 비중(20~30%)이 크지만, 국내 대기 환경에서의 VOCs에 의한 2차 미세먼지 생성량을 계산하는 관계식이 부정확해 예보 정확도에 한계
② 수송(도로) 부문은 국내 배출원 중 가장 많은 배출량 비중(약 30%, ‘16년 기준)을 차지하고 있으나, 세부적인 정보*를 모두 반영하여 배출량을 산정하는데 한계가 있었고, 이로 인해 예보 정확에도 한계
* 전국 5,000개 행정구역(읍면동) 도로별 혼잡도, 차량 연식, 일평균 주행거리 등
성과
① VOCs 중 2차 미세먼지 생성 기여 비중이 큰 4종*의 농도에 따른 미세먼지 생성량 관계식을 국내 대기 환경에 맞게 보정**
* 톨루엔, 자일렌, 에틸벤젠, α-피넨
** 질소산화물, 황산화물, 암모니아 농도가 높은 국내 대기 환경에서는 VOCs에 의한 2차 미세먼지 생성량이 다른 나라(미국 등)에 비해 많음
② 전국의 도로별 혼잡도, 차량 연식 등을 종합 분석하여 차량에 의한 대기오염물질 배출량을 개선한 배출모형(CARS) 개발
- 실제로 개발된 배출모형을 활용해 서울시의 계절관리제 시행 효과를 분석한 결과, NOx는 8%, PM2.5는 15%의 배출 감소 효과가 있었음을 규명
기대
효과
ㅇ 보정한 미세먼지 생성량 관계식과 차량 배출 모형(CARS)를 예보 모델에 반영하여 미세먼지 예보 정확도 향상에 기여

VOCs와 미세먼지 생성량 관계 그래프
이동오염원(차량) 배출 모형(CARS)

③ 사업장 미세먼지 저감 기술 개발 및 실증
추진
배경
ㅇ 산업 부문의 PM2.5와 황산화물(SOx) 배출 비중은 4대 배출원(산업, 발전, 수송, 생활) 중에서 가장 높고(각각 42.1%, 56.1%), 질소산화물(NOx) 배출 비중은 수송 부문 다음으로 높음(19.6%)
※ ‘16년 CAPSS 자료 기준
- 따라서 사업장의 PM2.5, SOx, NOx 배출량을 줄이는 것이 시급한 과제이나, 각 물질을 저감하는데 한계점이 있어 이를 극복하기 위한 기술개발 추진

물질
한계점
PM2.5
감축량을 늘리기 위해서 기존보다 큰 설비가 필요하나, 중소 사업장의 경우 더 큰 설비를 설치하기 위한 공간 확보에 어려움
SOx
제거 과정에서 환경오염을 일으키는 석고 폐기물 발생
NOx
NOx를 제거하기 위하여 사용되는 촉매는 높은 온도(280℃)에서 반응하기 때문에, 배기가스의 온도를 높이는데 많은 에너지 비용 소요

성과
① 기존 설비 대비 더 좁은 공간에서 더 많은 PM2.5를 처리*할 수 있는 15m 길이의 고효율 집진 설비(long bag filter)를 세계 최초**로 실증
* 설치면적은 60%로 감소, 미세먼지 배출농도는 85% 저감, 설치ㆍ운영비용 30% 절감
** 현재 상용제품으로 가장 긴 백의 길이는 12m이며, 길이가 길수록 저감 효율 증가
② 배기가스 중 이산화황을 95~97% 분리ㆍ회수하고, 회수된 이산화황을 황산ㆍ비료 등 유용한 물질로 재활용할 수 있는 원천기술 개발
③ NOx 제거 비용을 줄일 수 있도록 성능이 개선된 탈질 촉매* 개발 및 실증
* 기존보다 낮은 온도(280→220℃)에서도 동일한 질소산화물 제거율(90%)을 유지하여 가스 가열에 필요한 에너지 비용 절약
기대
효과
① 개발ㆍ실증 완료된 기술을 실제 사업장(제철소 등)에서 활용할 시 대기오염물질(PM2.5, SOx, NOx) 배출량 저감에 기여할 수 있을 것으로 기대
② 기업의 대기오염물질 처리 비용이 감소되어 추가적인 대기오염물질 배출량 저감 능력 제고

15m long bag filter 실증 현장(광양제철소)
이산화황 분리ㆍ회수 원천기술 개요

④ 미세먼지 연구 인프라 확대
추진
배경
ㅇ 미세먼지 현상 규명을 위한 기초연구와 미세먼지 측정을 위해 장비ㆍ시설 등의 인프라가 필요하나,
- 기존의 국내에서 보유하고 있는 연구 인프라(스모그챔버*, 미세먼지 측정용 항공기**)만으로는 연구 고도화에 한계가 있었음
* 미세먼지 생성ㆍ이동ㆍ소멸 과정 연구에 필요한 스모그챔버는 기존 장비의 규모가 작아(6~7㎥) 실제 대기 환경을 구현하는데 한계
** 미세먼지 항공 관측을 위해 운영하는 기존 소형 항공기(8인승)로는 정확한 국외 유입량과 국내 대형 배출원(산업단지 등)의 배출량 분석에 한계
성과
① 기존 소형 스모그챔버 대비 온도 조절, 광분해율 등이 개선된 중형 스모그챔버(27㎥) 구축

구분
기존
개선
챔버 부피(m3)
6
27
온도 조절
불가
-10~40℃
NO2 분해율(min-1)
0.55
0.95
입자 벽면손실(>70 nm)
6.9×10-5 sec-1
8.3×10-6 sec-1

② 기존 소형 항공기보다 탑재 장비가 추가되고 가스ㆍ입자 동시 측정이 가능한 미세먼지 측정용 중형 항공기(21인승) 구축

구분
기존(소형)
개선(중형)
탑재장비
4~5개
12~15개
탑승인원
1~2인
5~6인
비행시간
~3시간
~5시간
기상자료/산화제 측정
불가능
측정가능
가스‧입자 동시측정
불가능
측정가능

기대
효과
① 실제 대기환경과 유사한 조건에서 미세먼지 생성ㆍ이동ㆍ소멸 과정 규명 연구가 가능해져 정확한 미세먼지 발생량 저감 정책 방안 제시 가능
② 입체관측 능력이 강화되어 예보 정확도 향상 기대

중형 스모그챔버
미세먼지 측정용 중형 항공기

⑤ 미세먼지의 인체 영향 과학적 규명
추진
배경
① 미세먼지가 심장, 폐 관련 질환에 영향을 미친다는 사실은 알려져 있으나, 연령별ㆍ기저질환자별 구체적으로 얼마나 영향을 미치는지에 대한 연구는 미비
② 또한 보건용 마스크를 착용하는 것이 얼마나 효과가 있는지에 대한 연구도 부족
성과
① 미세먼지 노출과 호흡기, 심혈관계 질환과의 정량적 관계 규명
- 7대 도시에서 미세먼지 농도가 10㎍/㎥ 증가시 만 15세 미만에서 천식, 폐렴 등 호흡기계 질환 입원 위험률이 0.29~2.82% 증가
- 만 65세 이상에서는 심혈관계 질환 입원 위험률이 0.21~2.82% 증가
② 보건용 마스크 착용에 따른 인체 보호 효과를 정량적으로 규명
- 만 65세 이상 어르신의 경우 마스크(KF80)를 착용 시 혈압 상승 억제 효과*가 있으나 신체 스트레스 상승과 연관성도 있음
* PM2.5 농도가 10㎍/㎥ 증가한 상황에서 마스크를 착용하면 마스크를 착용하지 않았을 때보다 수축기 혈압이 5.8mmHg 감소하며, 농도가 크게 증가할수록 혈압 감소 폭도 커짐
기대
효과
ㅇ 정부의 미세먼지 건강 관리 정책 수립 시 과학적 근거 제공

미세먼지 농도와 호흡기계 입원 상대위험도
마스크(KF80) 착용 여부에 따른 인체 보호 효과 규명 연구

⑥ 미세먼지 노출 저감을 위한 기술개발 및 가이드라인 마련
추진
배경
ㅇ 미세먼지 대응 정책의 궁극적인 목표는 미세먼지에 의한 인체 건강영향을 최소화하는 것이므로, 인체 노출을 최소화할 수 있는 기술개발 및 생활 환경에서 미세먼지 노출을 줄일 수 있는 가이드라인 마련 필요
성과
① 실내에서 발생하거나 실내로 유입되는 미세먼지 노출량을 줄이기 위해 정전(靜電) 기능을 가진 필터 소재*를 개발하여 환기 설비에 적용
* 0.1～1㎛ 크기의 입자는 65%이상 제거, 1～3㎛ 크기는 입자는 95% 이상 제거
② 실내 미세먼지 저감을 위해 공기청정기, 주방 후드, 환기장치 등 생활보호제품을 효과적으로 사용할 수 있게 돕는 가이드라인* 마련
* (예시) ①공기청정기 표준사용면적은 최대 풍량 사용 조건이므로 고농도 미세먼지 발생 시 자동 운전보다는 강풍으로 설정하는 것이 효과적, ②주방 후드는 조리 이후에도 30분간 가동 ③환기장치는 이산화탄소 또는 가스상 오염물질 제거 시 사용
기대
효과
ㅇ 개발된 필터 소재는 향후 주택ㆍ다중이용시설 등의 환기 설비에 적용되고, 가이드라인은 각 가정에 안내되어 궁극적으로 국민들의 미세먼지 노출량 저감에 기여

개발된 고기능성 나노필터 소재
주택 미세먼지 관리 가이드라인

⑦ 미세먼지 국민 이해도 제고
추진
배경
ㅇ 미세먼지가 사회적 이슈로 부각되면서 국민들의 관심이 높아졌지만 미세먼지 현상이 복잡하여 정확한 정보를 국민들께 알리기 어려웠음
- 국민들을 대상으로 직접 교육을 통해 미세먼지 관련 정확한 정보를 제공하고, 정부의 미세먼지 대응 정책에 대한 국민 이해도를 높이기 위한 교육(미세먼지 파수꾼 양성 교육) 추진
성과
ㅇ ‘17.12월부터 ’19.11월까지 19개 기초지방자치단체에서 21회의 교육을 운영하며 1,430명을 대상으로 미세먼지 파수꾼 양성 교육 완료
- ‘미세먼지 파수꾼 리더 양성 교육’ 과정(심화 과정)을 통해 164명의 시민 강사 양성
기대
효과
ㅇ 미세먼지에 대한 정확한 정보를 획득하여 개개인의 생활태도 개선을 통해 미세먼지 노출량을 줄이고, 미세먼지 발생 저감 기대

미세먼지 파수꾼 양성 교육 사진
교육 자료