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[미세먼지 측정기] IoT 공기질 측정기 만들기 (1)

1 급 발암물질을 포함하고 있는 미세먼지를 줄여나가기 위한 획기적인 정책들을 시행하면서 전국이 미세먼지와 전쟁중이라고 해도 과언이 아닙니다. 미세먼지는 입자의 크기에 따라 지름이 10 ㎛ 이하 (PM 10.0) 인 미세먼지와, 2.5 ㎛ 이하 (PM 2.5) 인 초미세먼지로 구분할 수 있습니다. 사람의 머리카락 굵기가 50~70 ㎛ 인 점을 고려하면 그 입자의 크기를 가늠할 수 있을 것으로 보이는데요. 장기간 미세먼지를 흡입하게 되면 면역력이 급격히 저하되어 감기, 천식, 기관지염 등의 호흡기 질환과, 심혈관 질환, 피부질환, 안구질환 등 각종 질병에 노출될 수 있습니다. 특히 초미세먼지는 인체 내 기관지 또는 폐의 김숙한 곳까지 침투하여 암을 유발할 수 있는 위협요인으로 알려져 있습니다.

미세먼지의 주 발생원인은 화석연료(석유, 석탄 등)가 연소하거나 자동차의 배기가스 등 대기오염물질로 알려져 있으며. 미세먼지는 당사국뿐만 아니라 주변 국가들에게
까지 영향을 미칠 정도로 광범위한 지역을 오염시킵니다. 미세먼지는 강수량이 적은 봄과, 난방으로 인해 매연이 많이 배출되는 겨울철에 잘 확산되는 경향이 강한데요.

특히 한국과 중국은 여름 한철에만 강수량의 60 ~ 90 % 가 집중되는 기후이기 때문에 봄과 겨울철이 절정입니다.

미세먼지 현황 및 발생 원인 분석

국내 미세먼지 확산은 선진국 대비 높은 수준인 편입니다. 2015년부터 PM 2.5를 규제하기 시작하였지만, 국제권고기준(WHO) 대비 잠정목표로, 다소 낮은 수준에 머물러 있습니다. 이에 주요국들은 위해성을 최소화할 수 있는 대기환경정책 중심으로 다음과 같이 규제기준을 강화하고 있는 추세입니다.

  • 미세먼지 (PM 10.0) 에서 위해성이 큰 초미세먼지 (PM2.5) 의 규제기준 강화 및 자국 대기환경에 특화된 원인규명 등을 적극 추진하고 있습니다.
  • 오염원의 형태를 이동/고정으로 구분하여 규제하며, 특히 경유차량의 배출가스 규제를 강화하고 있습니다.
  • 미국의 경우 2013년부터 초미세먼지의 연평균 기준을 15㎍ / ㎥ 에서 12㎍ / ㎥ 으로 강화하고 있습니다.
  • 중국의 경우에도 2013년부터 초미세먼지의 환경기준을 설정하여 113개 도시에 적용하고 있으며, 2016년부터는 전 지역으로 확대하고 있습니다.
  • 영국 런던은 공해차량제한구역 (LEZ : Low Emisson Zone) 을 지정하고 친환경교통 이용활성화를 장려하는 정책을 추진하고 있습니다.

이외에도 미국, 중국 등 해외 주요 국가에서는 노후 경유차 운행 제한 및 전기 자동차 보급목표 설정 등 미세먼지 저감정책에 주력하고 있음을 보여줍니다.

국내 미세먼지 발생 원인 분석

2006년 미항공우주국 (NASA) 이 중국의 대기환경 전문가들과 함께 중국 전체를 대상으로 연간 대기오염물질 배출상황을 조사한 결과, 동북지역의 상위 3곳이
가장 많은 것으로 나타났습니다. (산둥성 170만 2,000톤, 허베이성 137만 1,000톤, 장쑤성 20만 톤). 이들 지역은 중국의 대표적인 인구밀집 지역으로, 차량이동이 많은
데다 공업단지까지 조성되어 있어 심각한 대기오염 지역으로 꼽히는 지역이다. 게다가 네이멍구 자치구의 고비 사막에서 불어오는 황사바람이 중국 동북지역
상위 세 지역의 생활오염 대기까지 흡수하면서 고비사막에서 발생한 황사가 미세먼지를 수반하는 것으로 알려져 있습니다.

국내 미세먼지의 43% 정도가 중국에서 날아오는 것으로도 알려져 있는데요. 특히 한반도와 가까운 중국 동북지역에서 배출되는 대기오염물질이 중국 내에서도 가장 많은 곳이기 때문입니다. (실제로 초미세먼지의 중국 영향과 관련한 한·중·일 3국의 공동연구 보고서가 나왔다. 중국 배출원이 한국에 미치는 영향은 32%로 나왔는데, 연평균 수치이므로 고농도 시기보다 10 ~ 20%가량 기여율이 낮게 나왔습니다.)

http://www.hani.co.kr/arti/society/environment/917731.html#csidx2f77ffd5f668d2ab0aac47eedcd3d39

실제로 2017 년 국내노후 화력발전소의 가동을 대대적으로 중단했을 때도 미세먼지는 겨우 1.1 % 정도만 감소했음이 이를 입증합니다. 다시 말해, 이는 미세먼지 문제가 국내에서만 해결할 수 있는 문제가 아니라 중국과 외교적으로 해결해야 할 문제임을 시사하고 있습니다.

중국발 황사 가운데 지름 10㎛ 이하의 입자를 미세먼지로 볼 수 있는데요, 미세먼지는 사막의 황사처럼 자연발생적인 것도 있지만, 공장의 매연이나 자동차의 배기가스 등 화석연료가 연소되면서 발생하는 입자도 있습니다. 2009년 부터 2011년 사이에 발생한 28 차례 황사 중 약 47 % 인 13 차례는 중국의 공업지대를 지나왔다는 사실이 이를 입증하고 있습니다.

중국 발 황사의 심각성은 단지 사막의 흙먼지뿐 아니라 중국 북부의 공업지대를 지나면서 오염물질(화학연료 연소로 인한 입자)까지 한반도로 실어올 가능성이 높다는 것입니다. 더욱 심각한 점은, 중국 공업지대에서 배출되는 유해 물질은 황사가 없을 때도 1 km 이하의 상공을 통해 한반도로 들어온다는 것이며, 황사발생 시 주요 대기오염 물질(이산화황, 이산화질소 등)의 수치가 다른 시기와 비슷하거나 오히려 낮은 경우도 많기 때문입니다.

국내발 미세먼지 이슈

국내에서 생성된 초미세먼지 (2.5㎛ 이하의 먼지입자) 의 위험성도 제기되고 있습니다. 정부는 국내 대기오염에 영향을 미치는 원인을 중국 발 초미세먼지가 30∼50%로, 국내에서 생성된 초미세먼지의 비중이 50∼70%로 추정하고 있으며. 이를 근거로 보면 서울지역 초미세먼지 가운데 51% 정도는 국내에서 생성된 것임을 알 수 있습니다. 특히 지구온난화의 영향으로 공기가 따뜻해지면서 고농도 미세먼지가 일상적인 현상으로 나타나는 추세입니다. 여론은 중국 발 미세먼지를 지적하고 있지만, 국내 발 미세먼지의 위험요인도 존재하고 있음을 분석해볼 수 있습니다. 즉, 중국 보다 한반도에서 발생하는 국지적인 기상현상 등이 대기오염의 주원인인 경우도 존재한다는 것인데요, 실제 조사 결과 국내 미세먼지 배출원인 중 68.2%의 가장 큰 비중을 차지하는 것은 제조업공장들이 화학연료를 연소시키면서 배출하는 입자들인 것으로 나타났다고 합니다.

PM (Particulate Matter) 대기질 지수란?

미세먼지는 초미세먼지 (PM 2.5) 와 미세먼지 (PM 10.0) 으로 구분됩니다.

초미세먼지 (PM 2.5) 는 직경이 2.5 ㎛ 이하인 먼지이며, 미세먼지 (PM 10.0) 는 직경이 10.0 ㎛ 이하인 먼지입니다.

일반적으로 사람 머리카락 두께를 기준으로 초미세먼지 (PM 2.5) 는 1/20 ∼ 1/30, 미세먼지 (PM-10 )는 1/6 ∼ 1/7일 정도로 매우 작습니다.

(초)미세먼지는 주로 산업시설, 자동차, 난방 및 에너지 사용 등으로 인해 직접적으로 1차 배출되기도 하고, 황산염, 질산염과 같이 대기 중 반응에 의해 2차 생성되기도 합니댜. 주요 구성성분은 이온성분 (SO42+, NO32-, NH4+) , 탄소성분 (유기탄소, 원소탄소) , 금속화합물 등으로 이루어져 있습니다..

(초)미세먼지를 흡입했을 때 기도에서 걸러지지 못하고 대부분 폐포까지 침투하여 심장질환과 호흡기질환을 유발하여 조기 사망률을 증가시켜 건강을 악화시킬 수 있습니다. 또한, 식물의 잎 표면에 침적되어 신진대사를 방해하며, 건축물에 퇴적되어 부식을 일으키기도 합니다.

미세먼지가 문제가 되는 것은 여기에 포함된 각종 중금속과 오염물질 때문입니다.
특히 미세먼지는 지름이 10㎛ (마이크로미터, 1㎛ = 1000 분의 1㎜) 이하로 우리 눈에 보이지 않을 정도 작기 때문에 호흡기 깊은 곳까지 침투해 각종 호흡기 질환, 심장질환, 혈액과 폐의 염증 반응을 불러일으키고, 피부 트러블의 원인이 되기도 하고 눈병과 알레르기를 악화시킬 수 있습니다.
그 크기가 미세하여 한번 몸에 들어오면 좀처럼 몸에서 빠져나가지 않기 때문에 더욱 주의를 요하는 것입니다.

공기질 (초미세먼지, 미세먼지) 을 직접 측정해봅시다.

스모그와 대기 오염에 대처하는 방법 중 가장 흥미로운 방법 하나는 공기 질을 직접 측정해 보는 것일텐데요, 다음 포스팅부터는 70,000 ~ 80,000 원으로 NodeMCU 기반의 공기질 측정기를 만들어 보는 과정에 대해 다루어보려고 합니다. 측정기에 휴대용 배터리를 연결하여 자체 전원으로 구동되며, Wi-Fi 신호가 있는 곳이라면 어디든 들고 다니며 배치할 수 있도록 설계하여 정확한 대기 오염 수치를 측정하고, 나아가 건강문제와의 상관 관계도 조사해 볼 수 있습니다.

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