기획·칼럼

오존농도 값의 정확도를 높여라

[과학자의 연구실] [인터뷰] 이상일 표준연 대기환경표준센터 박사

봄철이 되면서 전 국민의 관심이 일기예보로 향하고 있다. 미세먼지와 황사 등의 대기 주의보를 점검하면서 외출을 준비해야 하기 때문이다. 이처럼 환경적 요인이 미세먼지나 오존 등 대기 오염정보에 대한 관심을 높이고 있는 상황이다.

이상일 KRISS 대기환경표준센터 박사 ⓒ 이상일

이상일 KRISS 대기환경표준센터 박사 ⓒ 이상일

정확한 측정법으로 정확한 오존농도를

그 중에서도 오존농도정보는 보다 손쉽게 확인이 가능하다. 전국 각지에 설치된 관측기를 통해 측정된 오존농도정보를 인터넷으로 실시간 확인이 가능한 것이다. 이런 가운데 국내 연구진은 대기 중 오존 농도가 알려진 것보다 실제 약 2% 더 높다는 사실을 밝혀내기도 했다.

이상일 한국표준연구원( KRISS) 대기환경표준센터 박사팀과 비알론(Viallon) 국제도량형국(BIPM) 박사팀이 공동연구를 진행, 종전보다 정확한 흡수단면적 값을 구해 이와 같은 연구결과를 밝혀냈다. 해당 연구결과는 대기측정 관련 저널인 ‘Atmos. Meas. Tech(AMT)’ 지에 3월 13일자 온라인 판에 게재되기도 했다.

“이번 연구에 대해 설명하기 전, 많은 분들이 새로운 오존측정법을 개발했다고 생각하시는 경우가 많아요. 한 가지 말씀을 드리자면 저희 팀의 연구는 새로운 오존 측정법을 개발한 게 아니라는 점입니다. 오존 측정은 오존에 의한 자외선 투과도를 측정하는 게 일반적인 방법이고 투과도 외에 온도와 압력, 광학거리, 오존흡수단면적 등이 필요합니다. 이 다섯 가지 요소 중에서 오존 흡수단면적 값의 불확도가 가장 큽니다. 현재 오존 농도 측정의 불확도에 가장 크게 기여하는 요소기도 하죠. 저희 팀의 연구는 새로운 기준 흡수단면적 값을 측정한 것입니다. 이 값이 기존 값과 1.8% 정도(약 2%) 차이가 난다는 것을 알게 된 거죠.”

이상일 박사팀은 새롭게 측정한 흡수단면적 값이 기존의 수치와 차이가 난다는 것을 알 수 있었다. 기존 흡수단면적 값의 불확도는 2.2%이며 새로운 값의 불확도는 0.86%로 기존 불확도의 절반 이하 수준으로 줄이는 데 성공, 측정신뢰도 향상에 기여할 수 있다는 게 그의 설명이기도 했다. 즉, 대기 중 오존 농도를 측정하면 실제 오존농도 값이 지금보다 약 2 % 높다는 것을 알 수 있는 것이다.

“기본적으로 오존측정은 오존이 자외선을 흡수하는 성질을 이용합니다. 오존이 가장 잘 흡수하는 파장의 자외선(253.65 nm)을 일정량 쏘면 오존에 흡수돼 줄어드는데, 그 양을 측정해 계산하면 오존 농도를 구할 수 있어요. 광학거리 등 다른 변수도 있긴 하지만 오존에 흡수되는 자외선 비율인 흡수단면적 값은 오존 농도의 정확도를 저해하는 가장 중요한 불확도 요인이었다고 볼 수 있죠.”

[첨부1]KRISS 대기환경표준센터 이상일박사팀이 오존 표준기준기 성능향상 및 교정시험을 위한 실험을 하고 있다. ⓒ KRISS

KRISS 대기환경표준센터 이상일박사팀이 오존 표준기준기 성능향상 및 교정시험을 위한 실험을 하고 있다. ⓒ KRISS

불순물 영향을 최소화 하다

정확한 흡수단면적 값을 측정하기 위해서는 재료가 되는 고순도의 오존을 빠른 시간 내에 만들고 효율적으로 유지하는 것이 중요하다. 방해 물질인 불순물의 영향을 최소화해 고순도 오존의 자외선 흡수도를 측정해야 하기 때문이다.

“새로운 오존 흡수단면적 값을 측정하기 위해서는 순수오존발생, 오존 순도분석, 오존 자외선 흡수도를 측정해야 합니다. 이번 연구는 이러한 전 과정에 대해 실험이 이뤄졌으며 순조롭게 잘 진행돼 좋은 결과가 나왔다고 볼 수 있겠죠.”

연구 결과 이상일 박사는 보통 하루가 걸리던 오존 생산시간을 2~3시간으로 줄일 수 있었다. 뿐만 아니라 새롭게 개발한 ‘증발-응축 순환 방법’으로 오존에 있는 불순물을 제거하는 등 관련 프로세스를 보다 효율적으로 개선했다.     “연구의 핵심은 고순도 순도를 효율적으로 만들어 정확한 순도를 측정하는 것이에요. 마지막으로 오존 자외선 흡수도 측정을 위한 실험 방법을 고안하는 것입니다. 저는 이번 국제도량형국(BIPM) 초청연구를 통해 이를 수행할 수 있었습니다.”

이상일 박사팀이 개발한 새로운 오존 흡수단면적 값이 기준값으로 채택돼 실제로 적용된다면 기후변화와 관련, 전 지구의 오존 측정과 대기오염관련 오존 측정에 대한 신뢰도가 향상돼 오존 피해에 대한 적절한 대응이 가능해진다는 게 전문가들의 평가다.

실제로 오존의 경우 농도에 따라 1시간 평균 0.12ppm 이상이면 주의보, 0.3ppm 이상이면 경보, 0.5ppm이상이면 중대경보가 발령되는 만큼, 이의 정확도를 높일 수 있는 것이다.

“저는 대기 중 휘발성 유기화합물과 미세먼지 혹은 초미세먼지 등의 ‘에어로졸’ 에 대해 관심이 많습니다. 그러한 관심의 연장선에서 2011년도에는 미세먼지 입경분리 장치 성능평가 시스템을 확립해 대기 중 미세먼지 측정 신뢰도 향상을 위한 연구를 진행했고 2012년도에는 대기 중 오존 측정기 교정을 위한 오존 표준기준기를 개발해 국제도량형국의 오존표준기준기와 국제비교를 수행해 우수한 결과를 얻었어요. 주로 국내 오존측정기 및 교정기에 대한 교정 서비스를 수행하고 있다고 말할 수 있겠죠.

이를 계기로 2013년 국제도량형국은 초청연구를 제게 제의하기도 했습니다. 2013년 3~5월, 3개월간 초청연구를 진행한 결과가 이번 논문에 실린 것이기도 하고요. 앞으로 휘발성 유기화합물과 에어로졸, 두 분야에 대한 ‘측정표준확립’과 ‘측정기술개발’을 위한 연구를 계속 진행하고 싶습니다. 이를 통해 측정신뢰성 향상에 기여할 수 있는 연구를 하고 싶어요.”

오존은 기후변화 및 대기오염에서 중요한 역할을 하는 대기오염물질이라는 이상일 박사. 그래서 전 세계가 오존 농도를 측정하고 있는 만큼 그는 이번 연구 결과를 통해 그 신뢰성을 높이는 데 기여하고 싶다며 앞으로의 바람을 덧붙였다.

한편 오존은 지구의 활동에 매우 필요하지만 지나칠 경우 이산화탄소처럼 지구온난화의 원인이 되기도 하고 호흡기질환, 심장질환 등을 유발한다. 오존농도 0.1~0.3ppm 상태에서 1시간 동안 노출되면 호흡기 및 눈이 자극되고 기침도 늘어난다. 0.3~0.5ppm에서 2시간 동안 노출될 경우, 운동 중 폐기능이 감소하며 0.5 ppm 상태에서 6시간 노출되면 마른기침과 흉부 불안증세가 나타날 수 있다.(출처 : 환경부 오존 오염경보 및 예보제 자료(2002))

 

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