[기고] 검증된 공기정화 ‘광촉매’…건설현장 적용 기대광촉매 혼합 자재 건설현장 사용…실외공기정화 연구 활발‘표면분석법’ 이용…대기오염정화능력 정량적 환산 가능
최근 가장 사회적으로 심각한 환경문제로 대두되고 있는 것은 단연코 미세먼지에 의한 대기 오염 및 이로 인한 질병 유발이다. 언제부턴가 아침에 일어나면 그날의 미세먼지 수치를 확인하는 것이 우리의 일상이 되어 버렸다. 미세먼지는 크게 입자의 크기에 따라서 PM 2.5와 PM10으로 나뉘며, 입자의 생성 경로에 따라서 1차 또는 2차 미세먼지로 나뉘기도 한다. 상대적으로 크기가 작으며 인체 유해성이 더 크다고 알려져 있는 PM2.5의 경우 대부분 2차 미세먼지인 것으로 알려져 있다.
2차 미세먼지는 대기중의 가스상 오염물질들인 질소산화물, 황산화물, 휘발성유기화합물 등이 화학반응을 일으켜 형성된다. 질소산화물, 황산화물은 산성비의 주범이며, 휘발성유기화합물은 발암물질로 알려져 있어 그 자체로도 심각한 대기오염물질인데 이들이 화학반응을 일으켜 2차미세먼지를 일으키니, 이러한 가스상 오염물질을 대기 중에서 제거하는 것이 미세먼지를 포함한 오염물질을 줄이고 깨끗한 대기환경을 만들기 위해 필수적으라고 볼 수 있겠다.
광촉매 소재는 태양광에 노출되었을 때 표면위에 형성되는 활성탄소가 표면에 흡착된 질소산화물, 황산화물, 휘발성유기화합물등을 산화시켜 대기중으로부터 제거시키는 능력을 가지는데그 가장 대표적인 예로는 이산화티탄 (TiO2) 나노입자를 들 수가 있겠다.
최근 들어 광촉매 소재를 페인트, 콘크리트에 섞어 건설현장에 사용하여 실외 공기정화기능을 하는 건축자재를 제조하는 연구개발이 활발히 이루어지고 있다. 독일 STEAG 사의 경우 Bottrop이라는 독일의 도시에 광촉매 콘크리트 블록을 설치한 바가 있으며, 그 외에도 이탈리아, 벨기에 등의 유럽국가와 일본에서 광촉매를 이용한 건축 자재 개발이 활발히 이루어지고 있다. 광촉매가 함유된 건축자재는 질소산화물 등을 대기 중으로부터 제거함으로써 산성비를 줄이고 미세먼지 저감에도 기여할 것으로 기대되고 있다.
이러한 광촉매 소재의 대기 정화 능력이 실험실에서는 이미 검증이 되었다. 그러나 문제는 이러한 광촉매가 실제 현장에서도 실험실에서 검증된 효율을 그대로 발휘하면서 대기 정화에 기여하는지를 규명하는 것이 쉽지 않다는 것이다. 실험실에서는 질소산화물 한가지의 오염물질이 대기에 존재하는 경우에 광촉매의 질소산화물 제거 능력을 시험하는 경우가 대부분이다. 반면 실제 대기 중에는 다양한 오염물질이 복합적으로 존재하기 때문에 실험실에서의 효율이 실제 현장에서도 유효할 것이라고 기대하기 어렵다는 의견이 있으며 이러한 의견에 귀를 기울일 필요가 있다.
광촉매 페인트 또는 보도블록을 적용한 작은 구간 (예를 들어 아파트 한 동 또는 학교 운동장 한 개의 면적)과 적용하지 않은 구간의 공기질을 비교하여 광촉매 적용구간의 공기질이 더 좋다는 것을 증명하면 되지 않겠느냐는 의견을 제시할 수도 있을 것이다.
그러나, 이러한 측정결과가 과학적인 신뢰도를 얻기는 쉽지 않을 것으로 생각되는데, 이는 구간마다의 대기오염도가 모두 다르고, 실외 공기의 빠른 이동으로 광촉매의 효과를 공기질 측정으로 검증하기는 어려울 것이기 때문이다. 굉장히 넓은 아파트 단지 전 구역에 광촉매를 적용한다면 공기질 측정을 통해 광촉매 효과를 확인할 수 있을 지도 모른다. 하지만 작은 범위의 시범사업에서 확실한 효과를 확인하지 못한 채로 더 큰 범위의 광촉매 적용사업을 강행하기는 어려운 노릇이다.
향후 좀 더 장기적으로 한 현장에 설치된 광촉매 건축자재의 대기정화 효과 및 광촉매의 안정성에 대한 현장 연구를 표면분석법으로 수행하여 광촉매 효과를 과학적으로 검증하면서 건설현장에 적용한다면 광촉매가 조금 더 신뢰할 수 있는 기술로 자리잡을 수 있을 것으로 기대된다.
김영독 성균관대 화학과 교수
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