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최근 수정 시각 : 2024-11-19 19:51:23

광화학 스모그

파일:external/jussiparikka.files.wordpress.com/pollution_1756597i.jpg
사진은 홍콩 섬의 모습.
光化學霧霾
photochemical smog
1. 개요2. 발생 원인과 과정3. 해결4. 관련 사건

1. 개요

질소 산화물, 휘발성 유기 화합물이 강한 자외선을 받아서 화학 반응을 일으키는 과정을 통해 생물에 유해한 화합물이 만들어져서 형성되는 스모그이다. 미국 로스앤젤레스 시에서 최초로 발견되어 LA형 스모그라고도 한다. 환경오염을 일으키기 때문에 자동차 배기가스를 줄이는 등의 방법을 통해 예방해야 한다. 백금 촉매가 각광을 받는 이유가 괜히 있는 게 아니다.

석탄이 원인이었던 런던형 스모그와는 구별되며, 이 때문에 런던형(아황산가스)이 외향적인 흐린 하늘로 대변되는 개발도상국의 상징이라면 광화학 스모그는 선진국에서 자주 나타난다. 차이는 좀 선명도가 덜하다는 것뿐이고 이 역시 마찬가지로 심각한 환경 문제이다. 2000년대 들어서 그래도 좀 잡히는 것 같은 게 다행.

2. 발생 원인과 과정

광화학 스모그는 자동차나 공장의 배출가스 중에 포함된 질소산화물(NOx)과 탄화수소(HC)가 태양광선을 받아 유독물질인 PAN(peroxyacetyl nitrate - 과산화아세틸 질산화합물)과 광화학 옥시던트(Ox - 산소계 분자) 등을 형성하여 생기며, 이 중 PAN이 공기 중에 떠다니며 수증기와 함께 짙은 안개를 형성한다. 한편, 배기가스 중의 SO2(아황산가스, 이산화황)는 공기 중에서 오존(O3)과 반응하여 삼산화황(SO3)을 만드는데, 이것은 수증기와 반응하여 황산(H2SO4)의 작은 입자로 되었다가 산성 안개 산성비로 되어 지상에 떨어져 특히 식물에 큰 피해를 입히며, 인체의 경우에는 이나 점막을 자극하여 호흡곤란을 가져온다.

보다시피 빛( 자외선) 때문에 일어나는 화합반응이므로 일사량이 많고 고온이면서 바람이 약한 날 나타난다. 상승기류가 적어야하므로 역전층이 있으면 좋고, 분지면 아주 직빵이다. 로스엔젤레스가 딱 이 케이스. 서울의 경우 5, 8월에 잘 나타난다. 특히 한반도 저기압 전면에 있고 남서쪽에서 기류가 유입될 때 이와 비슷한 선진국형인 광화학 스모그가 관찰되고 있다.

3. 해결

일단 원인이 되는 질소산화물 NOx를 제거하는 방법이 대표적이다. 질소산화물의 생성방식은 휘발유를 태우는 고온의 가솔린 엔진 등에서 공기중에 풍부한 질소 산소와 결합하는 것이다. 대강 생각해도 공기는 약 4/5의 질소와 1/5의 산소로 이뤄져있으니, 아무리 확률이 낮더라도 어느정도 이상은 NOx가 생길 수 밖에 없다. (아예 아황산가스가 문제인 런던형보다는 적어서 망정이지.[1]) 탄화수소를 만드는 불완전연소 역시 문제였다.

그래서 그 해결이 "촉매 전환 장치"다. 귀금속 백금 로듐을 쓴 이 장치는 값이 비싸다는 흠을 제외하면 유해 가스 배출량을 10분의 1∼40분의 1 정도로 줄일 수 있다. 대신 이 때문에 망한 게 을 사용한 유연가솔린[2]( 1992년). 이후 에테르계의 MTBE(메틸 3가 부틸 에틸)를 7% 쓴 무연 휘발유가 나왔으나 MTBE도 수질오염을 일으킨다는 연구로 인해 2004년 미국의 캘리포니아, 뉴욕을 시작으로 2005년에는 25개 주에서 사용이 금지되었다. MTBE의 대체품으로 ETBE(Ethyl tert-butyl ether)나 에탄올, 기타 알킬레이트 류가 쓰이나 상대적으로 비싸다. 다만 MTBE가 수질오염에 끼치는 영향에 대한 논쟁이 있어 미국 일부 주를 제외하고는 다른 국가들은 전면 금지를 하고 있지 않다. 게다가 환경 규제가 약한 개발도상국이나 비축분을 다 소모해야하는 군대 등에서 여전히 유연휘발유를 사용하고 있다.

경유를 쓰는 디젤 엔진의 경우 역시 백금을 쓴 디젤산화촉매(DOC)를 쓴다. 플라즈마 반응기를 사용하기도 한다.

이 때문에 아예 하이브리드 자동차 전기자동차, 수소자동차 등으로 문제를 해결하는 게 궁극적인 해결방법으로 여겨지고 있다. 그럼에도 발전소, 제련소나 일반 연소 작업처럼 질소산화물과 탄화수소가 발생할 곳은 아직도 널려있다는 게 문제.

4. 관련 사건


[1] 사실 오존도 그렇고 이 과정에서 생기는 물질 치고 좋은거 하나 없다. [2] 연소 과정에서 발생하는 납 미립자가 촉매 변환 장치에 손상을 입히기 때문에 촉매 변환 장치가 탑재된 차량에 사용해서는 안 된다. [3] 애틀랜타가 속한 남동부는 대게 낙후한 시골이다. 그래서 자가용을 다들 보유하지만 스모그는 없다. 그러나 문제는 애틀랜타는 도시라는 것. MARTA라 불리는 애틀랜타 광역권 지하철은 커버리지가 짧은 편이다. [4] 다만 중국도 직할시 지역은 차량규제가 심하며 해당지역을 마음대로 돌아 다닐수 있는(타 지역 차량은 시내에 진입했을때 여러가지 규제가 적용된다.) 번호판을 달기란 하늘의 별따기 수준이다. 다만 이런 심한 차량규제에도 차량의 대수가 너무 심하게 많다보니 잘 먹히지 않는다는것이 문제일뿐..

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