[단독]미세먼지 원인 찾는 ‘비치크래프트’ 뜬다

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‘비치크래프트 1900D’는 상공 100∼300m 높이에서 비행 중 대기를 빨아 들여 실시간으로 미세먼지의 이동 경로와 화학적 조성, 크기별 분포를 분석하고 질소산화물(NOx), 황산화물(SOx), 휘발성유기화합물(VOCs) 등 여러 오염물질의 농도를 동시에 관측할 수 있다. 미세먼지 생성 원인과 오염원별 미세먼지 배출량 및 기여도를 밝히는 데 활용 가능하다.

올해부터는 고농도 미세먼지가 왜 발생하는지, 각 오염원이 미세먼지에 얼마나 영향을 미치는지 등을 밝히기 위해 항공기를 이용한 대기 질 관측을 정기적으로 추진한다.

26일 국립기상과학원에 따르면 종합기상관측용 항공기 ‘킹 에어 350HW’는 이달 18일 서해상에서 첫 대기 질 관측을 시작했다. 기상청이 지난해 말 도입한 킹 에어 350HW는 앞으로 매년 미세먼지와 황사가 심한 4∼6월 서해상에서 대기 중 오염물질의 흐름과 조성 등을 분석하는 데 활용될 예정이다.

미세먼지 국가프로젝트 사업단도 연중 대기 질 관측용으로 활용할 한서대의 항공기 ‘비치크래프트 1900D’의 개조 및 운용 계획을 최근 확정했다. 이 항공기는 12월부터 전국을 날며 국내 대기 질을 집중 관측하게 된다. 사업단은 정부가 과학기술로 미세먼지 문제를 해결한다는 취지로 지난해 5월 과학기술정보통신부 주도로 범부처 차원에서 출범했다.

그동안 미세먼지를 관측했던 지상관측소에서는 해당 지점 미세먼지 농도 등의 정보를 단편적으로 파악했었다. 하지만 항공 관측으로는 오염물질의 이동 경로와 성분, 미세먼지의 생성 과정 등을 실시간으로 분석할 수 있다. 미세먼지 사업단장인 배귀남 한국과학기술연구원(KIST) 책임연구원은 “항공 관측으로 미세먼지 문제의 효과적인 해결책을 찾을 수 있다”고 말했다. 류상범 국립기상과학원 환경기상연구과장은 “올해부터 서해안에서 봄철마다 추진되는 대기 질 관측은 천리안 위성과 기상 1호 선박, 킹 에어 항공기, 지상관측소를 총동원하는 입체적 관측”이라며 “이번 첫 관측 결과는 올해 10월 열리는 한국기상학회 가을학술대회에서 발표하고 연말에 보고서로 발간할 계획”이라고 설명했다.

사업단의 비치크래프트 1900D는 1년 내내 미세먼지 관측에 활용될 예정이다. 길이와 높이가 각각 18m와 4.5m, 탑재 중량은 2.1t이다. 국내 연구용 항공기 중에는 최대 규모다. 관측 장비는 최대 7, 8개까지, 연구자는 최대 6명까지 수용할 수 있다. 한 번에 연속 5시간 이상 비행 가능하다. 현재 이 항공기는 미국의 개조업체인 글로벌에이비에이션테크놀로지(GAT) 대만지사로 이송된 상태다. 항공기 개조 총괄책임자인 김종호 한서대 교수는 “비행 중 대기를 빨아들이는 흡입구를 항공기 표면에 설치하고 관측 장비를 탑재할 공간과 발전기 추가 용량을 확보하는 작업”이라고 설명했다.

폐와 혈관 깊숙이 파고드는 지름 2.5μm(마이크로미터·1μm는 100만분의 1m) 이하의 초미세먼지(PM2.5)는 일반적으로 대기 중 기체 상태의 오염물질(전구물질)이 광(光)화학 반응에 의해 고체 상태로 산화되면서 생성된다. 사업단 항공기는 여러 성분을 동시에 관측할 수 있어 PM2.5의 생성 과정까지 살펴볼 수 있다는 게 연구진의 설명이다.

안준영 국립환경과학원 연구관은 “미세먼지 조성뿐만 아니라 미세먼지 재료가 되는 오염물질, 미세먼지 생성 반응을 일으키는 산화제 등 크게 3가지를 동시에 관측한다”고 설명했다. 오염물질로는 화력발전소에서 많이 나오는 이산화황(SO₂)과 자동차 배기가스의 이산화질소(NO₂), 석유화학 공장 등에서 배출되는 휘발성유기화합물(VOCs)이 대표적이다.

사업단 항공기는 향후 6개월간 개조, 안전허가 등을 거쳐 11월 초 국내로 들어온다. 첫 대기 질 관측은 올해 12월부터 내년 6월까지 진행된다. 안 연구관은 “항공기로 겨울철 미세먼지를 관측하는 건 이번이 처음이다. 겨울철과 봄철 미세먼지 양상을 비교할 수 있을 것”이라며 “기상 관측에 특화된 기상청의 킹 에어와 함께 상호보완적으로 운용할 계획도 갖고 있다”고 말했다.

이에 앞서 2016년 봄 한미 양측 과학자 500여 명이 참여한 ‘한미 공동 대기 질 조사(KORUS-AQ)’ 연구팀은 미국항공우주국(NASA)의 연구용 항공기 ‘DC-8’ 등 항공기 2대를 활용해 국내 대기 질을 관측한 경험이 있다. 김세웅 미국 어바인 캘리포니아대 교수는 “비치크래프트 1900D는 DC-8보다는 작지만 그만큼 지표면 가까이에서 더 느리게 비행할 수 있다는 장점이 있다. 오염원 근처에서의 실측을 바탕으로 오염물질 배출량을 정확하게 산출하는 데도 활용 가능할 것”이라고 밝혔다.
　
송경은 동아사이언스 기자 kyungeun@donga.com