연구보고서
국내 고농도 오존 관리를 위한 제도 개선방안
보고서명(영문)Policy Improvement Strategies for High Ozone Concentration Management in South Korea
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국문초록
- Ⅰ. 연구의 배경 및 목적
❏ 연구 배경 및 필요성
ㅇ 대류권 오존은 미세먼지와 함께 주요 대기오염물질 중 하나임
- 성층권 오존은 자외선을 차단하는 보호막 역할을 하지만 대류권 오존은 단기체류 기후변화 유발 물질로 지구 온난화에 영향을 미치며, 고농도 시 인체와 생태계에 피해를 주는 대기오염물질임
- 오존은 질소산화물(NOx), 휘발성 유기화합물(VOCs) 등 1차적으로 배출되는 가스상 오염물질의 광화학 반응에 의해 2차적으로 생성되며, 특히, 오존의 원인물질인 NOx와 VOCs가 풍부한 도시지역을 중심으로 과다하게 생성됨
ㅇ 우리나라의 오존 농도는 지속적으로 증가하고 있으나 이에 대한 연구 및 관련 정책은 부족한 실정임
- 우리나라의 오존 농도는 1990년 이후 꾸준하게 증가하여, 2019년 인구 가중치를 고려할 경우에 세계에서 9번째로 높은 것으로 보고되었으며, 이는 OECD 가입국 중 가장 높은 순위로 오존의 관리가 시급함을 보여줌
- 그러나 전 세계 주요 국가들에 비해 우리나라의 오존 관련 연구는 상대적으로 적은 수준이며, 미세먼지와 비교할 때도 매우 적음
- 최근 환경부는 이러한 오존 오염의 심각성을 인지하고 제3차 대기환경개선 종합계획(2023–2032)에서 오존의 개선 목표를 제시하였으나, 관련 대책은 미흡한 상황임
❏ 연구 목적
ㅇ 본 연구에서는 국내외 오존의 농도 현황을 파악하고, 국내외 오존 저감 정책의 비교분석을 통해 오존 관리 정책의 방향과 이를 이행하기 위한 오존 관리제도의 개선 방안을 제시하고자 함
Ⅱ. 국내외 오존 농도의 변화 현황
❏ 전 지구적 오존 농도 변화 및 전망
ㅇ 1950년대 이후 대류권 오존은 지속적으로 증가하여, 2000년에는 1955년 대비 약 2배 이상 증가
- 산업화와 그로 인한 인위적 오존 원인물질들의 지속적인 배출로 인하여 1950년대 이후 대류권 오존의 농도는 꾸준히 증가하였으며, 2000년에는 1955년 대비 오존 농도가 대략 2배 이상 증가
- 2000년 이후에도 대류권 오존의 농도는 꾸준히 증가하였으며, 유럽과 미국은 농도가 감소하거나 정체한 반면에 동아시아, 남아시아, 중동, 아프리카 지역은 오존 농도가 가파르게 상승하는 등 지역에 따라 구분됨
∙ 2000년 이후 유럽과 미국 등 선진국은 오존 원인물질의 감축을 위한 적극적인 정책으로 그 배출량이 감소하였으나, 동아시아 등의 지역에서는 오존 원인물질의 배출량, 특히 VOCs의 배출량이 증가함
∙ 이는 오존 원인물질의 주요 배출원이 선진국에서 개발도상국으로 이동하고 있으며, 이들 지역의 오존 원인물질의 배출과 관련된 효과적인 관리가 필요함을 보여줌
ㅇ IPCC(2021) 보고서에 따르면, 오존의 농도는 계속 증가할 것으로 전망되었으며, 기후변화에 따른 기온 상승, 기상 조건의 변화, 인위적 그리고 자연적 배출량의 변화가 대류권 오존의 농도 변화에 기여할 것으로 예상됨
❏ 국내 오존 농도의 장기 변동 특성 및 전망
ㅇ 우리나라의 오존 농도는 1990년대 이후 지속적으로 증가하여 시간당 120ppb 이상일 때 발령되는 오존주의보의 발령일수 및 횟수도 증가
ㅇ 또한, 최근 5년간 대기 관리 정책이 NOx 저감에는 긍정적인 영향을 미쳤지만, 이로 인해 오존의 농도는 오히려 증가함
- 2017년부터 2021년까지 최근 5년과 그 이전 5년인 2012년부터 2016년까지의 NO2 농도 변화를 살펴보면, 수도권을 중심으로 NO2의 농도가 급격히 감소
- 그러나 NO2 농도가 감소한 지역 또는 그 주변 지역을 중심으로 오존의 증가가 뚜렷하게 관찰되어 NO2 농도의 감소가 오존 농도의 증가에 기여함을 보여줌
ㅇ 오존의 평균 농도는 4~6월에 높았으나, 오존의 1시간 평균이 120ppb를 초과하는 고농도 발생빈도는 4월부터 9월까지 발생하여 이 기간에 대한 고농도 관리가 필요
ㅇ 지역적으로는 오존 원인물질의 배출 지역과 고농도 오존의 발생 지역이 서로 다름
- 오존은 NOx와 VOCs와 같은 원인물질들의 대기 중 광화학 반응을 통해 이차적으로 생성되며, 이 과정에서 원인물질이 배출원에서 배출된 이후 대기 중 이동으로 원인물질의 배출원과 고농도 오존이 발생하는 지역 사이에 위치적 차이가 발생
- 수도권 지역의 경우, 서쪽 지역에서 오존의 원인물질인 NOx와 VOCs가 다량으로 배출되는 반면에 일최대 8시간 평균 오존 농도는 수도권의 동쪽 지역에서 더 높게 관찰됨
- 따라서 고농도 오존의 관리를 위해서는 원인물질의 배출 지역과 고농도 오존의 발생 지역을 구분하여 접근하는 관리 전략이 필요
❏ 국내 오존의 장거리 이동(국외) 영향
ㅇ 최근 중국을 포함한 동아시아 지역에서 대류권 오존의 배경 농도가 지속적 증가하는 것으로 나타남
- 서해상 등 동아시아의 배경지역에 대한 오존 관측 강화를 통해 동아시아 지역의 배경 농도의 변화 현황과 그 원인에 대한 분석이 필요
Ⅲ. 국내외 오존 및 원인물질의 관리 정책 동향 분석
❏ 해외 주요 국가의 오존 및 원인물질 배출 및 관리 정책 현황
ㅇ 미국
- [현황] 지난 20여 년간 미국 전역의 오존 농도는 17% 감소하였으며, 서부지역은 16%, 남부지역은 22%의 감소율을 보임
- [정책] 주 시행계획(SIP)을 통해 오존을 관리하고 있으며, 미국 환경보호국(EPA)은 주 시행계획의 원활한 운영을 위한 대기환경기준 및 연방정부의 정책을 제안
∙ 미국의 오존 관리에 있어 중요한 수치는 대기환경기준과 설계치이며, 이 중 대기환경기준은 5년마다 검토됨
∙ 또한, 최근 3년간의 측정자료를 기준 연도 설계치로 적용하여 달성 지역과 미달성 지역을 구분하고, 오존의 대기환경기준 미달성 지역에 대해서 미래에 기준을 달성할 수 있도록 원인물질의 배출량 저감을 위한 전략을 수립하는데 미래 연도 설계치를 사용하여 주 시행계획을 수립하고 시행하게 됨
- [정책] 서부 샌프란시스코의 대기질 정책으로는 ‘2017 Clean Air Plan’이 있음
∙ 2017년에 채택된 대기질 개선과 온실가스 감축을 위한 부문별 통합 계획으로 이후의 계획은 이 계획을 바탕으로 수정됨
∙ 주요 계획으로는 정유소, 발전소, 시멘트 공장 등에 대한 화석 연료의 사용 제한, 매립지, 석유 및 천연가스 생산, 저장, 유통 등으로 인한 메탄 등 가스상 오염물질의 누출 방지, 전기 자동차 보급, 청정 연료의 사용 등이 있음
- [정책] 남부 텍사스의 대기오염물질 배출 및 관리 정책으로는 배출권 거래와 기술기반 VOCs 배출 제한 정책이 있음
∙ 배출권 거래는 휴스턴-갤버스턴-브라조리아 지역의 NOx 배출 저감을 위한 대량 배출권 거래 프로그램(MECT: Mass Emissions Cap and Trade Program)과 해리스 카운티의 휘발성 유기화합물의 배출량 규제를 위한 고반응성 휘발성 유기화합물 배출권 거래 프로그램(HECT: the Highly Reactive Volatile Organic Compound Emissions Cap and Trade Program)이 있음
∙ 휴스턴-갤버스턴 및 달라스-포트워스 지역의 VOCs 배출 제한을 위한 합리적 사용가능 방지기술(RACT: Reasonable Available Control Technology), 최대 달성 가능 제어 기술(MACT: Maximum Achievable Control Technology)을 이용한 배출 규제가 있음
ㅇ 영국
- [현황] 영국, 특히 잉글랜드 지역에서는 2005년을 기점으로 오존 생성에 기여하는 오염물질인 NOx와 VOCs의 배출량이 지속적으로 감소하였음
- [정책] 2018년에 ‘국가 배출한도(NERC: National Emission Ceilings Regulations) 2018’을 발표하였으며, 이는 2018년과 2019년의 대기오염물질에 대한 국가 배출한도 목표와 2020년부터 2030년까지의 국가 감축 목표를 포함함
- [정책] 또한, 영국 정부는 2023년에 배출량 감소를 위해 개정된 국가 대기오염 통제 프로그램(NAPCP: National Air Pollution Control Programme)을 개정하고 발표하였음
※ 이는 2022년에 확립된 최적가용기술(BAT: Best Available Techniques)에 기반한 조치와 분석을 포함함
ㅇ 중국
- [현황] 지난 10여 년간 NOx 저감 중심의 오존 원인물질 저감 정책으로 인하여 중국의 오존 농도는 증가하였으며, 이에 제14차 5개년 계획(2021-2015)에서는 북경-청진-허베이(징진지)지역에 대해 오존 저감 목표치를 설정함
∙ 2018~2020년 3년간 평균치에 근거하여 농도대별로 감축 목표를 설정한 것은 미국의 설계치와 유사
∙ 또한 VOCs에 대한 저감 정책을 강화하였으며, 지방정부에서도 지역별로 맞춤형 VOCs 저감정책을 시행
∙ 최근에는 탄소중립과 대기오염의 통합 관리를 위한 이행계획을 발표하였으며, 이를 통해 지역에 따라 차이가 있으나 탄소중립 달성 및 대기오염물질의 농도 저감을 전망함
- [정책] 대기오염 저감을 위한 정책의 수립과 달리 최근 중국의 신규 석탄발전의 승인과 계획은 증가하고 있음
- [제언] 중국은 우리나라의 풍상지역으로 중국에서 배출한 대기오염물질은 국내 대기질에 영향을 미치므로 중국 대기오염물질의 농도 및 배출량 변화에 대한 모니터링과 자체적인 국외 배출 시나리오의 구축 등이 필요
ㅇ 일본
- [정책] 일본은 오존과 PAN(Peroxyacetyl nitrate)을 광화학 옥시던트로 관리하고 있으며, NOx와 VOCs의 저감을 위한 정책을 지속적으로 추진
- [정책] 기존의 저감 대책에도 불구하고, 여전히 높은 오존 농도와 기후변화로 인한 농도 상승의 가능성 또한 제기되면서 2019년에는 ‘향후 광화학 옥시던트 대책을 위한 검토 일정’을 발표
∙ 상시 모니터링을 통한 광화학 옥시던트 및 그 원인물질의 농도에 대한 지속적인 조사 및 연도별 변화와 지역별 경향의 분석 그리고 2017년도부터 시작한 VOCs 성분 자동 측정의 결과 및 국외 데이터 분석 등을 통한 성분 농도의 특성과 월경성 오염의 영향에 대해 파악하는 내용을 포함
- [정책] 추가적으로 기후변화 대책·대기 환경 개선을 위한 광화학 옥시던트에 대한 중장기 종합 대책을 제시함
∙ 기후변화로 인한 식물 영향, 건강 영향, 온실가스로서 광화학 옥시던트의 기여 등에 대한 조사와 더불어 국제기구와의 연계, 생성 매커니즘의 이해 및 시뮬레이션 모델의 정밀화, 저감대책의 검토 및 시나리오 개발 등의 내용을 포함
❏ 국내 오존 및 전구물질 관리 정책 현황
ㅇ 서울시에서 2023년에 하절기 오존 발생 저감을 위한 VOCs 발생원 집중관리 계획을 수립
- [정책] 자동차 도장 수성도료의 전환, 공사장 친환경 도료의 사용 확대, 인쇄소 친환경 잉크 사용 확대, 소규모 세탁소의 VOCs 저감시설 설치 지원, 주유소 유증기 회수설비 기술진단, VOCs 배출사업장의 친환경관리 가이드라인 마련, 생활소비재의 VOCs 함량기준 마련, VOCs 배출사업장 및 자동차 배출가스 특별점검 등의 8가지 대책을 제시
Ⅳ. 오존 원인물질의 배출 현황 및 목록 검토
❏ 오존 원인물질의 주요 배출원 및 배출 현황
ㅇ 2016년 이후 오존 원인물질인 NOx와 VOCs의 배출량 변화 추이를 살펴보면, NOx의 배출량은 지속적으로 감소하는 반면 VOCs의 배출량은 상대적으로 정체되어 오존 저감을 위해서는 향후 VOCs의 배출 관리 및 저감이 중요한 것으로 생각됨
ㅇ 지역별로는 17개 광역지자체 중 상위 4개 지역에서 NOx와 VOCs 각각 전체 배출의 46%와 47%를 차지
ㅇ NOx는 주로 도로이동오염원과 비도로이동오염원, 제조업 연소 등에서 배출되었으며, VOCs는 주로 유기용제의 사용과 생산공정에서 배출됨
ㅇ VOCs가 다량으로 배출되는 유기용제의 사용 등이 다른 배출원에 비해 상대적으로 배출량 산정의 정확도가 낮은 것으로 나타나 VOCs의 배출 관리를 위해서는 이러한 배출량의 정확도 개선이 동반되어야 함
❏ 오존 저감을 위한 원인물질의 배출 목록 개선 방안
ㅇ 표준산업분류체계를 이용한 VOCs 배출 목록 개선 및 누락 배출원 확인이 가능
- 제조업 연소 부문 배출원은 일부 배출원을 제외하고 표준산업분류체계와 동일한 분류체계를 나타내고 있으나, 생산공정 부문은 표준산업분류체계와의 연계에 어려움이 있어 개선이 필요
- 표준산업분류체계의 제조업/식료품 제조업 부문과 CAPSS의 생산공정/식음료 가공 배출원 중 일부 업종에 한해서만 배출원이 연계되어 있어 이에 대한 개선이 필요
ㅇ 또한 4·5종 사업장 관리, 가스히트펌프 배출량 산정 개선, 생물성 연소 배출원 개선, 생활권 배출원 중 세탁시설, 이·미용업 배출원, 항만권역 배출원, 소형 동력장비 배출원, 이륜차 배출원, 동력수상레저기구 배출원, 도로부문 디젤 VOCs 추가 배출에 대한 개선 등이 필요
ㅇ 미국 EPA의 대기오염 배출원의 유기 가스, PM 및 기타 오염물질의 종별 프로파일 Database인 SPECIATE의 VOCs 화학종별 프로파일 및 배출계수 등을 활용한 VOCs 종별 배출량 산정에 대한 고려가 가능하며, 국내 특성을 반영한 배출계수 개발도 함께 진행되어야 함
Ⅴ. 오존 관리제도의 개선 방안 및 정책 제안
❏ 오존 관리제도 및 정책 개선 방안
ㅇ 정기적인 농도와 배출량 변화 분석을 통한 고농도 현황 파악 및 오염원인 진단 필요
- 대기질 개선을 위한 계획들의 수립 시기와 주기 등을 검토하고, 오존의 농도 및 배출량 변화에 초점을 맞춘 진단을 통해 체계적이고 과학적인 오존 관리 전략을 수립할 필요가 있음
ㅇ 지역별, 지역 간 영향에 대한 원인 규명과 지역 간 협력 의제 도출
- 오존은 배출 지역과 고농도 지역이 서로 달라, 오존의 원인물질 배출 지역에 대해서는 배출원 관리를 중심으로 접근하고, 고농도 오존 발생 지역에 대해서는 높은 농도에 노출되는 인구의 건강 관리와 노약자 보호를 중심으로 한 관리 전략을 수립하는 등 지역별 상황을 고려한 맞춤형 대책의 수립과 지역 간 협력 의제의 도출이 필요
∙ 대기관리권역의 대기환경개선에 대한 특별법상의 오존 저감에 대한 연구지원 조항의 추가를 고려할 수 있음
ㅇ 오존 고농도 기간 집중 관리제도 도입 필요
- 4월부터 9월에 집중되는 오존 고농도 기간 및 사례에 대한 제도의 도입이 필요하며, 이를 위하여 국내 오존 고농도 기간에 대한 정책은 대기환경보전법 제44조(휘발성 유기화합물의 규제)에 고농도 기간의 집중 감시 및 규제에 대한 사항의 추가를 고려할 수 있음
ㅇ 광화학 측정의 고도화 필요
- 현재의 광화학 오염물질 관측망의 운영은 주로 도시지역에서 인간 활동에 의해 발생하는 인위적 휘발성 유기화합물(Anthropogenic VOCs)에 초점을 맞추어 운영되고 있으나 인위적 휘발성 유기화합물뿐만 아니라 자연적 휘발성 유기화합물(Biogenic VOCs)에 대한 모니터링을 강화하고, 이 두 요소를 통합하여 Total VOCs(AVOCs + BVOCs)에 대한 진단을 강화해야 할 필요가 있음
ㅇ 국외 영향에 대한 모니터링 및 배출 정보 강화 필요
- 최근 동아시아 지역의 오존 배경 농도는 증가하는 추세를 보이고 있어 서해상을 포함한 동아시아 지역의 배경 농도에 대한 지속적인 모니터링과 오존 농도의 변화 특성에 대한 조사가 필요하며, 이를 기반으로 보다 정확한 대기질 관리 전략의 수립이 요구됨
- 중국에서는 탄소중립 목표 달성과 대기질 개선을 위한 다양한 정책들이 수립 및 실행되고 있으며, 이러한 정책들은 화력 발전소의 증설을 포함하여 오존의 주요 원인물질인 질소산화물(NOx)과 휘발성 유기화합물(VOCs)의 배출과 밀접한 관련이 있으므로 중국 기원 대기 오염물질의 배출량과 이로 인한 국내 영향에 대한 모델링 정확도의 향상을 위해 국외 배출량 인벤토리의 개선이 필요
❏ 제도 운영을 위한 국제협력 개선
ㅇ 한·중·일 환경장관회의 등에서 현재 미세먼지와 황사 위주로 논의되고 있는 주제를 오존으로 확대 논의 필요
- 오존 문제 해결을 위해 각국이 취하고 있는 원인물질 발생 저감 정책과 그 성과에 대한 정보 교류의 강화를 통해 오존 문제에 보다 효과적으로 대응할 수 있는 협력적 접근 방식의 개발이 가능할 것임
❏ 제도 개선을 위한 기반 연구 및 방법론 제안
ㅇ 오존 원인물질의 배출량 인벤토리 개선
- 배출원별 VOCs의 종별 산정 등 VOCs의 배출량 개선을 통해 장기적으로는 미국 텍사스주의 HECT(Highly Effective Control Technology) 사례와 같이 배출 우심지역에 대한 VOCs 총량 관리를 통해 대기질을 개선하고, 특히 오존 문제를 효과적으로 관리하는 방안의 검토가 가능
ㅇ 오존 예보 능력의 확대
- 2023년에 오존 예보를 2일 전 4단계 등급 예보로 강화하였으며, 특히 오존 고농도 시기인 4~9월의 오존 예보에 대한 재현성 향상이 요구됨
ㅇ 기후변화와 연계한 오존의 특성 분석 필요
- 기후변화로 인한 기상변화, 대기 중 물리화학적 기작과 배출량 변화로 인하여 오존의 농도가 증가할 것으로 전망됨에 따라 이에 대한 중장기적인 대비책 마련이 필요