(주)에코케미칼, 국내 최초 '도로용 친환경 비산방지제 개발...
'도로 재비산 미세먼지'는 침묵의 살인자
경제협력개발기구(OECD)는 현재 우리나라 대기 질이 OECD 가입국 중 최하위이며, 40 년 뒤 대기오염으로 인한 조기사망률이 OECD 국가 중 1위를 차지할 것이라고 예측하는 등 미세먼지 문제는 국민 삶의 질을 심각하게 저하시키는 사회문제로 대두되고 있다. 특히 도로수송부문에서 초미세먼지(PM2.5) 직접 배출이 가장 높은 것으로 나타났어며, 서울시와 같은 도심지의 경우, 도로비산먼지 중 미세먼지는 약 62%, PM10은 48%, PM2.5는 12%를 차지하는 것으로 나타내고 있다.
도로 미세먼지는 국내 연간 배출 미세먼지(PM10)와 초미세먼지(PM2.5) 대비 각각 25%와 33%로 차량 주행에 따른 요인으로 조사되어, 도로 부분 먼지발 생원으로 큰 비중을 차지하는 것으로 파악되었다. 특히 PM2.5 배출 기여도는 도로 관련 미세먼지의 경우 경유차(11%), 비산먼지(6%)로 분석되었으며 비산먼지 별 발생원은 도로분야(75%), 공사장 등(25%)이 차지하는 것으로 분석되었다. 도로부문 비산먼지 원인별 비중(100%)은 도로 재비산(87.8%), 타이어 마모(3.5%), 브레이크 마모(5.4%), 노면 마모(3.3%)로 추정된다.
국가 대기 오염물질 배출자료에 의하면 서울에서 배출되는 PM10과 NO2 총 배출량 중 도로 이동오염원의 기여도는 각각 65.0%(비산먼지 제외), 57.3%로 산정 도로 이동오염원의 관리 중요성 점차 대두되고 있는 실정이다.
자동차 배출가스로부터 배출되는 PM10, NO2, VOCS 등의 오염물질은 광화학반응을 통해 오존 생성 및 시정거리 감소 등을 유발하며, 특히, ‘교통량 밀집지역’과 같이 자동차에서 배출되는 대기오염물질이 집중되어 고농도 상태를 유지하는 경우, 호흡기 질환 및 천식 악화, 생체 면역 감소 등을 초래할 정도로 인체에 유해 심각한 영향을 미치는 것으로 나타났다. 질병관리본부에 따르면, 미세먼지(PM10) 농도가 10μg/㎥ 증가할 때마다 만성 폐쇄성 폐질환(COPD)으로 인한 입원율이 2.7% 증가되고, 사망률 1.1% 증가하는 것으로 나타났으며, 특히, 미세먼지(PM2.5) 농도가 10μg/㎥ 증가할 때마다 폐암 발생률 9% 증가하는 것으로 나타난다.
국립환경과학원(2012)에서는 도로변 대기측정소와 도시대기측정소 간(동일 행정구역) 2001년~2010년까지 PM10 및 NO2를 측정한 결과, 도로변 대기측정소에서 측정된 미세먼지 발생량이 도시대기 측정소에 비해 평균적으로 1.5배~2배 높은 것으로 나타나 도로변 미세먼지 발생농도 및 발생량이 높은 것으로 파악되었다고 한다.
유엔유럽경제위원회(UNECE)의 입자상 물질 측정 프로그램(PMP) 그룹에서 자동차 규제 관련하여 ‘비배기가스(Non-exhaust)먼지’를 중요 이슈로 제기하였다. 비배기가스 먼지는 차량 타이어나 브레이크 패드, 도로의 분진 등을 포함한다. 또한 독일 환경청은 도로교통에서 PM10 이하 비배기가스 미세먼지가 차지하는 비중이 ’ 05년 58%에서 ’ 30년 93%까지 급증, PM2.5 이하 비배기가스 미세먼지 비중도 24%에서 74%까지 급증할 것으로 예상하였다. 향후 20년 이후 도로 비배기가스 미세먼지는 꾸준히 증가할 것으로 예측하였다.
현재 국내에서는 도로 건설공사에 사용되는 골재 및 아스콘 등 포장재료 생산 시 발생하는 비산먼지와 도로포장 시공 및 노후도로 유지보수 시 발생하는 비산먼지의 발생량 등을 조사하거나 저감하는 대책은 전무한 것으로 파악되었으며, 도로변 미세먼지 저감을 위한 도로건설에서 운영까지 각 단계별 도로먼지 발생현황을 과학적으로 파악하고 이를 바탕으로 체계적인 평가 수행이 필요한 것으로 나타났다. 특히, 건설소재 기술개발을 통한 차세대 도로포장 신재료/신공법 및 먼지 제거 기술 개발 등이 시급하며, 또한 도로변 대기환경 개선 및 미세먼지 저감이 가능한 전주기 도로먼지 통합 관리 시스템(생산-시공-운영-제도) 필요할 것으로 판단된다.
정부는 2016년 6월 국무총리 주재로 관계부처 장관회의를 개최, “미세먼지 관리 특별대책”을 확정 발표하였으며, 최근 고농도 미세먼지가 빈발하여 국가적 차원의 특단의 대책에 대한 필요성을 느꼈으며 그 흐름이 지금까지 이어지고 있다. 해외 도로 인프라 미세먼지 제거 시장 현황 및 전망 영국의 석유·가스 에너지 개발 및 마케팅 전문업체인 EBI에 따르면, 세계 환경산업의 시장규모는 2013년 기준 약 9,240억 달러로 매년 3% 이상 성장했으며, 향후 연평균 2.5%의 성장률을 유지해 2020년에는 1조 161억 달러까지 확대될 것으로 예측하고 있다.
특히 아시아와 중남미, 중동 등 신흥개도국의 경제발전이 가속화됨에 따라 환경산업에 대한 수요가 증가하고 있다. 중국의 경우는 대기와 수질 개선을 위해 2017년까지 미세먼지 저감 사업에 304조 원, 도시와 농촌의 오수처리 등에 360조 원을 투입했다고 전해지고 있다.
세계 대기오염 관리 시장은 2014년~2019년 기간 동안 5.2%의 성장률을 보일 것으로 전망되며, 주요 제품으로 탈황설비(FGD), 전기집진기, 섬유필터, 질소산화물, 스크러버와 흡착제 등이다. 아래 표와 같이 같이 2014년 세계적으로 약 610억 달러 규모의 대기오염 관리 시장을 형성하였으며, 2019년에는 784억 달러 규모까지 성장할 것으로 전망된다. 특히 아시아 태평양 지역은 세계 대기오염 관리 시장에서 가장 큰 시장을 형성하고 있으며, 2019년 전체에서 약 58%의 비중을 차지할 것으로 전망된다.
국내 대기관리 시장에서 차지하는 비중도 크기 때문에 미세먼지 저감기술을 활용한 도심 인프라 구축 등이 활성화될수록 시장이 성장세를 보일 것으로 예상되고 있지만 국내 대기관리 시장의 감소세를 보이고 있어서 전망이 밝지는 않다. 전반적인 환경 관련 시장의 성장세에도 불구하고 대기관리 관련 분야는 소폭의 감소세를 보이며 시장 규모가 축소되었기 때문이다. 또한 소재 및 부품을 아직 수입에 의존하고 있기 때문이기도 하다.
도심지 도로변 미세먼지 발생 유형분석 도로 미세먼지는 국내 연간 배출 미세먼지의 25%(PM10) 및 33%(PM2.5)을 차지하며 서울시에서의 PM10와 PM2.5의 배출량 중 도로 이동오염원이 가장 크게 산정되는 것으로 나타났다.
미세먼지 배출량 중 도로 미세먼지 발생량이 큰 비중을 차지하나 발생원 및 발생량에 대한 파악이 미비하여 발생 유형에 대하여 분석하였다.
◉ 배기가스
도로 미세먼지의 가장 대표적인 원인으로 차량의 배기가스가 있음. 가스상태로 나온 물질이 공기 중의 다른 물질과 화학반응을 일으켜 미세먼지가 되는 대표적인 2차 발생원으로 배기가스 내에는 일산화수소, 탄화수소, 질소산화물, 유기화합물 등이 포함되어 있다. 휘발성 유기화합물(VOCs)은 반응성이 가장 강한 물질(OH, O3 등)과 화학반응을 일으켜 2차 유기입자(Secondary Organic Particles)가 된다.
각종 연소과정에서 발생한 질소산화물(NO, NO2)
은 대기 중 알카리성 물질인 암모니아(NK3)와 반응하여 질산암모늄(NH4NO3)이 되며, 아황산가스(SO2)는 수증기 등과 반응하여 황산(H2SO4)이 되고, 이는 다시 암모니아 등과 반응하여 황산암모늄((NH4)2SO4) 등 미세먼지 입자가 생성된다. 이렇게 발생된 2차 발생원은 전체 미세먼지 발생량의 약 2/3를 차지하게 된다.
◉ 타이어 마모 입자
차량 속도의 증가나 급가속, 급감속 시 미세먼지 발생이 크게 증가하는 것으로 나타났으며, 이 중 황 함유량이 크게 증가하는데 타이어의 구성 성분으로 황을 사용하는 것으로 타이어의 마모에 의한 것이라고 볼 수 있다. 또한 차량 속도에 의해 도로 표면 위에 쌓여 있던 비산먼지와 브레이크 마모도 같이 동반되는 것으로 나타났다.
◉ 건설현장 및 건설기계
건설현장은 토지정리, 파괴, 굴삭, 운송 등 다단계의 공정이 특정 기간 동안 순차적으로 수행되며 그 과정에서 발생하는 비산먼지의 양은 각 공정의 규모와 기간에 따라 결정된다. 건설장비 연료의 소비량에 따라 미세먼지 배출량이 발생하며 그 외에도 장비의 이동, 토사의 상·하차 등에 의해서도 발생하는 것으로 나타난다.
◉ 미국은 재비산 먼지 저감을 위한 화학 먼지 억제
제 살포 기술, 광촉매를 도로포장 및 구조물에 적용하여 자동차에서 배출되는 질소산화물 제거 및 셀프클리닝 기능 관련 연구 및 현장 적용 수행 등 앞서 나가는 행보를 보이고 있지만, 우리나라는 아직 광촉매 등을 활용한 기능성 소재의 연구에 있어서도 걸음마 단계에 있다. 환경, 소재 관련 국내 기업들의 신성장 분야이며, 성장 가능성이 높은 도로변 미세먼지 저감 기술/소재 시장에 대해 정부차원의 주도적인 시장 확산 전략이 필요할 것이다.
◉ 국내 도로 재비산 미세먼지 절감 방법 및 장단점
국내. 외 논문 초점
국내 과학기술정보센터를 이용하여 국내·외에 발표된 미세먼지 관련 논문 현황을 분석해보니 다소 다른 점이 있었다. 국내에서는 미세먼지의 저감 및 제거에 초점을 두었다면, 국외에서는 미세먼지의 분석과 전후 관리에 대한 관심이 높은 것으로 판단된다.
특허 정량분석에 따른 주요시 장국 연도별 특허동향
도심지 도로변 미세먼지 저감을 위한 기술을 대상으로 한국, 미국, 일본, 유럽을 기준으로 정량분석(1996년~2017년 10월) 수행하였으며, 도로변 미세먼지와 관련된 기술 분야는 도로 미세먼지 발생원인 분석, 측정 및 모니터링 기술과 기능성 건설소재를 이용한 제거 기술(탄소재료기반 흡착제 활용, 광촉매 활용 가능성 등), 도로 건설공사 시 발생하는 미세먼지 집진 장치 및 제거 기술 등을 분류하였다. 전반적인 출원현황과 주요 출원인의 특허기술 분석 및 결 과를 바탕으로 특허기술의 분석 및 대응방안 수립하였다.
주요시장국 연도별 특허동향 분석 결과, 2014년부터 급격한 특허 출원 증가하는 것으로 파악되었다. 도심지 도로변 미세먼지 저감을 위한 청정도로시스템 구축 기술의 전체 특허 동향을 살펴보면, 분석구간인 1974년부터 최근 2015년까지 증감을 반복하며 증가하는 추세를 나타 냈으며 특히, 최근에 특허 출원이 급격히 증가하는 추세를 나타내었는데 이는 한국이 2014년부터 특허 출원이 급증하여 영향을 준 것으로 파악되고 있다. 미세먼지 이슈에 관심 많은 한국의 특허 출원 활발하게 일어나고 있는 것은 명백한 사실이다.
도심지 도로변 미세먼지 저감을 위한 청정 도로 시스템 구축 기술에 대한 국가별 특허 점유 현황을 살펴보면, 한국(KIPO) 186건(46%), 미국(USPTO) 124건(30%), 일본(JPO) 49건 (12%), 유럽(EPO) 47건(12%)의 특허가 출원되었으며 본 기술은 미세먼지 이슈에 관심이 많은 한국(KIPO)이 가장 많은 특허기술을 점유하고 있는 것으로 나타났다.
미세먼지와 관련된 기술 특허 동향은 미국(초기)과 한국(최근)이 주도하는 것으로 나타났으며, 1974년인 분석 구간 초기와 중기에는 미국이 주도하였고, 1996년부터 한국이 특허출원을 시작하면서 최근까지 한국의 흐름이 전체 동향 흐름을 주도하고 있어 전반적으로 한국과 미국의 증감에 따라 전체 동향 또한 증감하는 추세를 나타내고 있는 것으로 파악되었다.
도심지 도로변 미세먼지 저감을 위한 청정도로시스템 구축 기술의 전체 특허 동향을 살펴보면, 분석 구간인 1974년부터 최근 2015년까지 증감을 반복하며 증가하는 추세를 나타내고 특히, 최근에 특허 출원이 급격히 증가하는 추세를 나타내었는데 이는 한국이 2014년부터 특허출원이 급증하여 영향을 준 것으로 파악되었다.
도심지 도로변 미세먼지 저감을 위한 청정 도로 시스템 구축 기술의 주요 출원국의 내·외국인 특허출원현황을 살펴보면, 한국, 미국, 일본 및 유럽 모두 내국인의 특허 출원 비중이 높은 것으로 나타났으며, 특히 한국, 미국 및 일본은 내국인의 특허 출원 비중이 매우 높은 것으로 나타났다. 특허기술을 기반으로 한 본 기술의 성장단계는 최근 출원인과 출원건수가 급격하게 증가하는 형태로, 본격적으로 해당 기술분야의 연구개발 활동이 이루어지고 있는 단계로 해석할 수 있다.
기술개발 투자의 시의성, 시급성
환경부는 미세먼지 발생원 중에서 국외 영향이 30~50%(고농도시 60~80%)이고, 나머지 국내 배출의 경우 수도권은 경유차가 29%, 전국적으로는 공장 등 사업장이 41%로 가장 높은 비중을 차지하는 것으로 분석하였다.
서울시와 같은 도심지 미세먼지 농도는 도로변 미세먼지 농도가 도시대기 측정 농도에 비해 4~11㎍/㎥ 높은 것으로 나타났으며, 이는 자동차 배출가스에 의한 영향과 도로 비산먼지에 의한 영향인 것으로 나타났다
정부에서는 (초)미세먼지의 발생의 원인이 되는 질소화합물(NOX) 및 PM10,2.5 제거를 위해 화물차를 비롯한 경유차에 대한 다양한 규제 및 정책을 추진하고 있으나 가시적인 개선 효과 등이 나타나지 않는 것으로 알려져 근본적인 대책이 필요한 상황이다.
일반적으로 먼지와 같은 1차 오염물질은 배출원의 배출량 감소에 정비례하여 감소하므로 관 리가 수월하지만 미세먼지, 이산화질소 등 2차 생성 물질들은 복잡하여 가능하면 발생지에서 집중적으로 저감 시키는 것이 중요하며 효율적이다. 현재 1차 오염물질은 대부분 지자체별로 청소차(물청소)를 이용하여 자주 살포하여 오염물질은 제거하는 것으로 처리하고 있으나, 교통량이 많은 지역 등은 상시적으로 적용하기 어려우며 2차 생성물질을 제거하기에는 어려움이 있어 임시방편에 불과하다.
따라서 미세먼지 저감을 위한 기능성 소재 개발 및 이를 이용한 도로인프라 응용 기술 개발 을 통한 도로이동오염원으로 인한 대기오염을 상시적/직접적으로 감소시킬 수 있는 기술 개발 이 필요하다. 또한 환경산업 측면에서 기능성 소재 및 응용기술은 추후 전세계적으로 큰 부분을 차지하게 될 주요사업이며, 이러한 산업의 육성을 통한 경제 활성화와 국가 경쟁력 제고를 위한 노력이 필요하다.[국토교통과학기술진흥원 기획보고서]
이런 가운데 눈에 띄는 작은 기업이 있는데 (주)에코케미칼이다. 작년 4월에 설립된 스타트업 기업인 ㈜에코케미칼은 국내 최초로 '도로용 친환경 비산방지제 ‘ECO-200SPR’을 개발을 2019년 9월에 이미 마쳤으며 조달청에 벤처창업 혁신 조달상품지정 등록 되어 판매를 시작하고 있다. 또한 자체적으로 다양한 테스트를 마쳤으며 이 데이터를 기반으로 여러 사용 적용이 필요한 업체 및 전국 지자체와 접촉을 하고 있는 상태다.
(주)에코케미칼이 개발한 도로용 친환경 비산방지제는 환경부가 주최하는 2019 환경창업대전에서 창업진흥원장상을 수상하며 그 기술력을 인정받았다. '한국판 뉴딜 종합계획'이 진행되는 만큼 지금 당장 할 수 있는 방법부터 실행에 옮겨 미세먼지에 대한 국민들의 우려를 조금이라도 해소시켜줬으면 좋겠다.
국내 최초 도로용 친환경 비산방지제 개발 (주)에코케미칼
주식회사 에코케미칼
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