오존개요(O3) (특성, 위해성, 발생 원인, 농도영향요소 등

올 여름에도 다가올 고농도오존에 대하여 포스팅을 해보고자 합니다.

고농도오존 주의보는 들어보셨나요? 여름철 뜨거운 햇볕과 함께 신체에 피해를 주는 오존!

고농도오존 주의보에 들어가기에 앞서, 과연 오존은 어떤 물질일까요?

 

Ι 1. 오존 특성 및 위해성      

□ (정의) 산소분자(O2)에 산소원자(O)가 결합하여 산소원자 3개로 구성(O3)된 무색 기체

□ (특성) 매우 반응성이 높고 강한 산화제로서 자극성 비린 냄새가 있으며, 자외선을 흡수하는 특성

   ○ (살균력) 하수 살균, 수돗물 고도정수처리, 악취 제거 등에 활용

   ○ (자외선 흡수) 20~30km 상공에 오존층을 형성하여 해로운 자외선이 지표에 도달하기 전에 대부분 흡수

      * 오존은 상공(성층권)에 존재할 경우 유해 자외선을 흡수하는 이로운 물질이나, 지표 근처 대기(대류권)에서는 강한 반응성으로 인해 해롭게 작용

 

□ (위해성) 고농도 시 인체건강, 식물 피해와 기후변화를 유발

   ○  (건강) 고농도시 기도·폐 손상 및 감각기관(눈·코 등) 자극, 특히 건강 취약계층(어린이, 노약자, 호흡기질환자 등)에 민감영향 초래

      * (0.1ppm 30분 노출시 두통, 0.3ppm 5분 노출시 호흡량 증가 등)

   ○  (식물) 식물 조직파괴로 생장 저해, 특히 곡물 수확량감소* 영향

      * 여름 낮 0.12ppm 이상 지속노출시 대두 50%·옥수수 25% 등 수확량 감소(美농무부, 2016)

   ○  (기후변화) 오존은 지구온난화지수(GWP)가 약 1,000인 온실가스로, 전체 기후변화 영향의 약 3%(CO2의 22%)를 차지(IPCC 보고서, 2014)*

      * 대류권 오존은 이산화탄소(CO2), 메탄(CH4)에 이어 3번째로 중요한 온실가스로 보고됨

 

< 기후변화 발생 요소별 복사강제력(IPCC 보고서) >

 

   ○ (미세먼지) 오존이 대기 중에 높은 농도로 존재할 경우 암모니아, 질소산화물 등 다른 오염물질과 반응하여 미세먼지 생성

 

Ι 2. 오존 발생원인      

□ (생성) 오존은 ①대기 중에 이산화질소(NO2)와 휘발성유기화합물(VOCs)이 존재하고, ②햇빛이 강할 때 광화학반응으로 생성됨

   ○ (NO2) 대기 중의 이산화질소(NO2)가 햇빛에 광분해 시 산소원자(O)가 분리되며, 이 산소원자가 대기 중의 산소(O2)와 결합하여 오존(O3) 생성

   ○ (VOCs) 휘발성유기화합물(VOCs)은 광분해된 일산화질소(NO)를 이산화질소(NO2)로 되돌려서 오존이 지속적으로 생성되도록 함

     ⇒ 오존은 직접 배출되지 않는 2차 생성물질로, 원인물질(NOx, VOCs)* 관리 필요

         * NOx와 VOCs는 미세먼지 원인물질이기도 함

 

<&nbsp; 오존생성 개념도 >

 

Ι 3. 오존 농도 영향 요소       

□ (NOx, VOC) 오존 농도(생성속도)는 VOCs 농도가 높을수록 상승하며, NOx 농도가 높을수록 일정 수준까지 상승하다 고농도에서는 낮아짐*

     * 대기 중 NOx 농도가 매우 높은 경우, 생성된 오존과 잉여 NOx가 반응하여 미세먼지 원인물질(질산염 등)을 생성하면서 오존농도 일부 감소 효과

     ⇒ 오존 저감을 위해서는 NOx와 VOCs의 저감이 필요하며, 특히 NOx는 충분히 낮은 농도로 저감*해야 효과가 있음

      * NOx가 고농도인 경우 NOx 일부 저감으로는 오존 농도가 감소하지 않거나 오히려 증가할 수 있음

< NOx 와&nbsp; VOCs&nbsp; 농도에 따른 오존생성속도 관계 >

□ (기상영향) 봄·여름에 ①맑은 날씨가 지속되고(강한 햇빛) ②기온이 높으며(VOCs 대기중 휘발 증가), ③바람이 적은 경우(NOx·VOCs 등 대기오염물질 축적) 고농도 오존이 발생하기 쉬움

   ○ 특히, 맑은 날씨가 지속되는 5,6월(장마 이전)이 주간농도가 높으며, 여름철에는 폭염 시 고농도 오존 발생 가능성 높음

< 4~9 월 시간대별 오존농도 변화추이&nbsp; >

   ○ 여름철 오존 발생은 장마(6~7월), 폭염(7~8월) 등 양상에 따라 다르며, 특히, 한반도 주변에 북태평양 고기압 등이 강하게 형성되어 높은 기온, 열대야, 마른장마 등 발생시 고농도 오존 가능성 높음

      ※ ’20년의 경우 1973년 이후 가장 긴 장마기간(중부지방 6.24∼8.17, 54일)으로 오존주의보 발령 크게 감소(’18년 66일, ‘19년 60일→ ’20년 46일 → ‘21년 67일)

< 오존 발생 기상조건 비교(경기도 수원 기준) >
구 분	’19.8월	’20.8월	’21.8월
주의보 횟수(일수)	17(10)	3(2)	11(41)
월평균 기온 (℃)	26.8	26.7	25.7
일최고 평균 기온 (℃)	31.5	30.2	29.9
강수량 (mm)	117.9	659.3	161.1
평균 풍속 (m/s)	1.8	2	1.8
합계 일사량 (MJ/m²)	548.63	357.68	426.72

 

□ (국외영향) 오존은 국내 지역발생이 주 요인이나, 국외에서 배출된 오존 원인물질 또는 생성된 오존이 월경해 영향을 주는 사례도 일부 있음

   ○ 오존은 반응성이 높아 대개 오염지역에서 수 시간 내에 소멸되나, 소멸되기 전 기류를 타고 해상이나 상공으로 장거리 이동 가능

      ※ 국내 오존생성이 없는 새벽에 고농도 오존이 발생한 경우 국외 영향으로 볼 수 있음

< 장거리이동 영향에 따른 사례 (‘21.9.22) >
장거리이동 영향 새벽시간(03시) 고농도 사례	대기질예보모델 장거리이동 사례