휘발성 유기화합물 등 2차 생성물질 규명 필요
농축산 미세먼지 대응위한 체계적인 배출원 관리 시급
■농업난방 및 농자재 부문 농축산 미세먼지 인벤토리 현황
중국에 의한 월경성 미세먼지 발생시기와 농번기가 중복되어 농업 생산환경 및 농업종사자 건강문제에 대한 인식이 확산되고, 농경지와 인접한 화력발전소 미세먼지 문제와 같은 농업과 연계된 미세먼지의 사회적 영향이 점차 증대되고 있다.
전 국가적 문제인식으로 정부주도의 대기환경 개선대책들을 통해 미세먼지(PM10)의 국내 배출량은 지속적인 감소추세이지만, 2차 생성비중이 높은 초미세먼지(PM2.5)의 농도는 개선되지 않고 있다.
현재 1차 미세먼지 발생을 유발하는 배출원의 특성과 대표적인 가스상 전구물질인 황산화물(SOx), 질소산화물(NOx)의 배출원 정보는 정리되는 반면, 2차 미세먼지 생성에 기여하는 휘발성 유기화합물(VOCs), 암모니아(NH3) 등의 배출원 정보는 명확하지 않아 초미세먼지 농도저감을 위한 발생원인 구명이 요구되고 있다.
특히, 현재까지 주로 악취물질로 관리되고 있는 암모니아(NH3)는 2차 생성 미세먼지(PM2.5)의 주요 가스상 전구물질이며, 2014년 기준 대기정책지원시스템(Clean Air Policy Support System, CAPSS)의 산업별 배출량 비율이 농업부문에서 77.9%로 집계되어, 농업이 주요 암모니아 배출 산업으로 보고되고 있다.
이에 대한 배출현황을 파악할 수 있는 국가 미세먼지 측정망은 2017년 기준 264개 중 42.8%가 수도권에만 편중되어있어, 전라, 충청, 강원, 경상 등 주요 농촌지역은 제외되고 있다. 이러한 농촌지역의 미세먼지 관제 네트워크 부족으로 농축산 미세먼지 현황을 파악하기 어렵고, CAPSS 배출량 산정결과에 대한 객관적 검토가 제한적인 상황이다.
한편, 미세먼지 배출산업으로 정의되고 있는 농업 중 원예부문에서 미세먼지와 미세먼지 생성에 기여하는 가스상 전구물질에 대한 식물의 저감효과 연구가 폭넓게 진행되고 있다. 우선, 주로 실내공간 내 통제된 환경에서 진행되는 가스상 전구물질 저감연구는 주요 VOCs인 BTX(benzene, toluene, xylene)의 농도분석을 중심으로 다수가 보고되고 있으며, 잎을 통해 흡수된 VOCs를 뿌리까지 운반하여, 오염원을 제거하는 식물의 주요 기작이 구명되고 있다.
실외 미세먼지의 경우, 다양한 수종과 잎의 형태, 섬모, 왁스층 등이 미세먼지 포집효과에 미치는 상관관계가 구명되고, 도로주변 입면녹화를 통해 배기가스에서 유래되는 미세먼지 및 주요 중금속의 포집효과가 확인되고 있다. 또한, 식물에 의한 미세먼지 저감 및 포집효과를 최적화하기 위해 건물 공조기와 환기시스템을 입면녹화시스템과 통합하여, 단일 공기정화식물 대비 공기역학적 입경에 따른 높은 미세먼지 저감효과도 검증되고 있다. 이렇게 미세먼지 배출과 저감, 양방향에 모두 기여하는 농업의 산업특성을 객관적으로 이해하기 위해 농축산 미세먼지의 1차 배출원 및 2차 생성 유발원 구명과 더불어 농축산 미세먼지 대응정책 마련에 필요한 체계적인 배출원 관리가 요구된다.
이를 위해 관련 대기오염물질 관리가 선행되어야 하는데, 현재 국립환경과학원은 국가 대기오염물질 배출량 산정을 위해 1999년부터 7개 대기오염물질(CO, NOx, SOx, TSP, PM10, VOC, NH3)의 집계를 시작으로 2011년 PM2.5와 2014년 BC를 추가 지정한 CAPSS 기반의 산정체계를 운용하고 있다. CAPSS는 배출원 목록(Emission Inventory)의 기초자료를 수집ㆍ관리하여 대기오염총량관리제, 대기보전시책 효율성 평가 등과 같은 정책의 의사결정을 지원하고, 대기오염물질 배출량에 대한 대국민 정보서비스 제공 기능도 담당하고 있다.
농업난방 및 농자재로 인한 1차 미세먼지와 2차 생성 유발원 중 PM10, PM2.5, NOx는 난방, 농기계를 중심으로 농업 내 높은 비중을 차지하고 있으며, 이를 산정하는 배출계수는 세부항목별로 상이하게 운용되고 있다.
우선, CAPSS는 농업, 축산업, 수산업 난방의 배출계수를 연소기구 별 사용연료에 따라 40종으로 구분하고 있다. PM10, PM2.5 등 대부분의 입자상 오염원은 미국 EPA(Environmental Protection Agency)에서 적용되는 배출계수를 사용하는 반면, TSP 일부는 국립환경과학원에서 자체 개발한 배출계수가 적용되고 있다.
현재 EPA는 농업 난방을 화석연료 연소 보일러부문에 포함시키고 있으며, 과수원 난방은 별도로 분류하여 난방기기 유형에 따라 배출계수를 구분하고 있다.
일반적으로 사료, 비료, 농약, 농기계로 분류되는 농자재는 사료와 농약을 제외한 비료, 농기계 부문에서 CAPSS의 배출량 산정체계가 정의되고 있다. CAPSS는 비료를 농경지비료사용으로 분류하고, 요소, 복합비료, 황산암모늄, 기타 비료 등으로 구분하여 배출량을 산정하고 있다.
요소 및 복합비료는 국립환경과학원에서 개발한 배출계수가 적용되는 반면, 황산암모늄 및 기타 성분 비료의 경우 EPA의 배출계수가 사용되고 있다. 시비과정 중 배출되는 암모니아는 논과 밭의 비료시비량과 경지면적이 감안된 가중평균으로 정의하도록 배출량 산정방법을 제공하고 있다. 이와 관련하여 EPA는 비료를 기상, 액상, 고상으로 구분하고, 적용방법 및 비료 성분에 따라 16개 항목으로 분류된 배출계수를 적용하고 있다.
현재 비료에서 직접 배출되는 PM10은 사용 가능한 데이터가 확보되지 않은 상황이고, 암모니아는 기체상 비료의 무수암모니아와 고체상 비료의 요소에 한하여 배출계수를 적용하고 있다.
EEA에서는 비료를 가축 및 분뇨유형에 따른 Tire 1, 거름 관리시스템 기반의 TAN(Total Ammonia Nitrogen) 개념에 따른 Tier 2로 구분된 산출방식을 통해 수준별로 암모니아 배출량을 산정하고 있다.
CAPSS는 농기계를 비도로 이동오염원으로 분류하여, 2012년 배출량 산정부터 출력별, 연식별로 구분된 배출계수를 적용하고 있다. 농기계의 배출계수는 경운기, 콤바인, 분무기류, 양수기, 탈곡기, 파종기, 트랙터, 이앙기 등 8가지 유형에 따라 분류되며, PM10은 국립환경연구원에서 개발한 배출계수, PM2.5는 EPA에서 개발된 배출계수가 적용되고 있다.
한편, EPA는 농기계를 MOVES(MOtor Vehicle Emission Simulator)기반에서 비도로 이동장비로 정의하여, 엔진출력, 모델연식에 따른 배출계수를 제공하고 있다. 또한, 장비 유형별로 과도운전보정계수 적용을 통해 배출량 산정에 신뢰성을 제고하고, 추가적으로 11가지의 농기계 보정계수를 지원하고 있다. EEA는 연료 및 엔진유형별 단일 배출계수가 적용되는 Tier 1, 연료 및 엔진적용기술별 9개 부문의 배출계수가 적용되는 Tier 2, 총 72개의 세부 기계분류항목이 적용되는 Tier 3으로 구분하여, 각 수준별 배출계수가 적용된 kWh당 배출량을 산출하고 있다.
2016년 기준 전국 연평균 PM10 농도는 47㎍/㎥로 2000년대 초반의 절반 수준에 머물러 지속적인 감소가 이루어지는 반면, PM2.5의 농도는 26㎍/㎥로 여전히 선진국에 비해 높은 수준이다. 수도권의 경우 2차 생성 미세먼지 비중이 전체 PM2.5 발생량의 2/3를 차지할 정도로 주요원인이며, 2차 생성과정에 의한 초미세먼지인 황산암모늄((NH4)2SO4)이나 질산암모늄(NH4NO3)과 같은 에어로졸은 대기 중 체류시간이 약 15일로 높은 확산 가능성을 통해 타 지역의 대기에도 영향을 미칠 수 있다.
따라서, 초미세먼지 농도에 미치는 농업의 영향을 예단하기 어려운 상황에서 주요 전구물질 배출산업으로 지목되고 있는 농축산부문의 보다 현실적인 현황파악이 시급한 상황이다.
이를 위해 국내외 관련 인벤토리 구축현황에 대한 객관적 분석을 선행하고, 주요 농업작물, 축산부문과 더불어 농업난방 및 농자재에 의한 배출과 저감을 총체적으로 고려하여, 농축산 미세먼지 인벤토리를 구축해야 할 것이다.
또한, 배출량 데이터에 대한 객관적 QA/QC 검증체계를 마련할 수 있도록 농업환경에 부합하는 농축산 미세먼지 공정시험방법 고도화와 관제 네트워크 증설이 병행되어야 할 것으로 사료된다.
■김태한<상명대학교 환경조경학과 교수>
