날씨가 추워지면서 아침마다 기온과 함께 확인하는 것이 있다. 바로 미세먼지 예보다. 왜 여름보다 겨울에 미세먼지가 더 심한 걸까? 겨울철에는 중국이나 러시아에서 불어오는 북서풍이 황사나 미세먼지를 품고 남쪽 한반도로 내려오는데, 이와 동시에 남쪽에서 이동성 고기압인 남풍이 불어와 두 바람이 서로 만나서 대기가 정체하기 때문이다. 그래서 겨울에는 미세먼지가 더 오래 머물게 된다.
l 미세먼지는 줄어든다는데… 대체 왜?
미세먼지가 날로 심각해진다고 느껴지는 것과 달리, 실제로는 줄어드는 추세다. 2001~2017년간 미세먼지 측정자료를 토대로 보면 미세먼지의 연평균 농도는 낮아지고 있다. 연평균 농도가 감소한다는 것은 연간 배출량 자체가 감소한다는 뜻인데, 왜 우리는 미세먼지 문제가 더 심해진다고 느끼는 것일까? 이러한 현상은 고농도 미세먼지 발생일이 늘어나고 있기 때문이다.
▲자료: 환경부 대기환경정보, 서울특별시 대기환경정보, 서울대기질 평가보고서
고농도 미세먼지가 증가하는 이유는 복합적이겠지만, 전문가들은 풍속 감소나 대기 정체 등 기상 영향을 큰 이유로 해석한다. 미세먼지 배출량 자체는 꾸준히 줄고 있지만, 한반도의 대기 흐름이 원활하지 않아 풍속이 저하되어 대기오염물질의 확산이 늦어지고, 대기오염 물질 간 반응에 의한 2차 생성이 촉진된다는 것이다.
l 미세먼지, 어디서 얼마나 어떻게 발생하나
미세먼지는 생성 원인에 따라 △공장, 건설현장, 자동차 등에서 입자 상태로 직접 발생되는 ‘1차 미세먼지’ △가스 상태로 배출되었다가 대기 중에서 화학반응으로 인해 간접 발생되는 ‘2차 미세먼지’로 나뉜다.
환경부는 화학반응에 의한 2차 생성 비중이 초미세먼지에 더 큰 영향을 주는 것으로 파악하고 있다. 2016년 국내 대기오염물질 배출량 구성은 직접 발생한 1차 미세먼지(PM2.5)가 10만 톤, 2차 미세먼지 생성에 기여하는 물질인 황산화물(SOx), 질소산화물(NOx), 휘발성유기화합물(VOC), 암모니아(NH3)가 각각 36만 톤, 125만 톤, 102만 톤, 30만 톤으로 집계됐다.
대기환경보전법은 대기오염의 원인으로 인정된 가스·입자상 물질과 먼지 등 64개 물질을 ‘대기오염물질’로 규정하고 있지만, 사실상 먼지(PM10, PM2.5, 기타), 황산화물(SOx)과 질소산화물(NOx)이 절대적이어서 일반적으로 이들 세 가지의 총량을 측정·관리지표로 인용한다.
▲자료: 환경부 미세먼지 관리 종합계획, 2019.11.1
그럼 이 대기오염물질은 어디서 오는 걸까? 환경부가 발간한 <2019 환경백서>에 따르면, 대기오염물질 발생지는 국외 영향과 국내 배출로 나뉜다. 월별·계절별로 다르지만, 국내 대기오염물질에 대한 국외 영향은 평상시 30~50%, 고농도 시에는 60~80%까지 달한다. 한국 대기환경에 특히 영향력이 큰 중국은 미세먼지가 점차 개선되고 있지만, 지속적인 경제 성장과 함께 발전소·공장을 추가 설립하면서 2030~2050년까지 대기오염 영향이 지속될 것으로 보인다.
국내 배출원을 살펴보면 수도권은 경유차의 영향이, 전국적으로는 사업장(산업계)의 영향이 가장 크다. 2차 미세먼지를 생성하는 주요 원인물질인 SOx와 NOx가 수도권에서는 자동차가, 그리고 수도권 외 지역에서는 발전소나 공장 등에서 배출되는 경우가 많아서다.
그러나 환경부와 한국환경공단이 굴뚝 자동측정기기(TMS; Tele-Monitoring System)를 부착한 전국 사업장의 대기오염물질 배출량을 분석한 결과를 보면, 대기오염의 주원인인 SOx, NOx와 먼지의 배출량은 최근 4년간 꾸준하게 감소하는 추세다. 2018년에는 2015년보다 사업장 수가 66개 증가했음에도 불구하고 대기오염물질 배출량은 18%(7만 4,161톤) 감소했다. 그만큼 산업계가 대기오염물질 발생 저감을 위해 노력하고 있다는 뜻이다.
▲자료: 환경부 보도자료, “작년 전국 626개 사업장, 대기오염물질 9% 감축”, 2019.4.1
l 제철소 대기오염물질은 이렇게 관리한다
제철공정은 자연 상태의 철광석에서 산소를 분리해 철을 만드는 과정이다. 제철소는 크게 ‘제선→제강→압연’ 순으로 공정을 진행하는데, 대기오염물질이 주로 발생하는 공정은 제선 부문이다.
제선공정에서는 원료인 철광석과 환원제인 코크스를 고로(용광로)에 넣고, 뜨거운 바람을 불어넣어 철광석을 환원, 용해시켜 용선(Molten iron, 쇳물)을 생산한다. 이를 위해 사전에 석탄을 고온건류하여 코크스를 만들고, 철광석으로 소결광 등을 만든다.
철광석과 석탄의 주성분은 기본적으로 각각 철과 탄소지만, 불순물인 황과 질소도 미량 함유하고 있다. 이때, 석탄 속 황(S)과 질소(N)는 고온 조건에서 공기 중의 산소(O2)와 만나 황산화물(SOx)과 질소산화물(NOx)로 변환된다.
따라서 대기환경 관점에서 가장 큰 리스크는 SOx와 NOx이며, 포스코의 관리 초점 역시 여기에 맞춰져 있다.
(1) 황산화물(SOx) 관리
제철소에서 발생되는 SOx의 대부분은 석탄에 함유된 황 화합물이 주원인이다. 석탄을 건류하면 1㎥당 약 4,400Kcal의 열량을 가진 COG(Coke Oven Gas)가 발생되는데, 이때 황 화합물은 황화수소(H2S) 형태로 변형되어 COG에 들어 있다. COG는 제철소 안에서 열원으로 재사용되는데, H2S를 제거하지 않으면 연소과정에서 산소와 결합해 SOx로 변환된다. 따라서, COG 성분 중 H2S는 화성공정의 습식 흡수공정을 통해 제거된 후, 황 회수설비를 통해 고체 형태인 유황으로 회수된다. 포스코는 이렇게 분리한 유황을 연간 2만 톤 가량 모아 공업용품 등으로 판매하고 있다. 또한, 소결공장에서는 배가스의 SOx를 제거하기 위해 포항제철소에서는 2004년부터 활성탄 흡착설비를, 광양제철소는 2007년부터 건식 흡착설비를 도입하여 SOx를 60~90%까지 제거하고 있다.
(2) 질소산화물(NOx) 관리
NOx는 질소가 연소하면서 필연적으로 생성되기 때문에 NOx 발생을 최소화하는 것이 중요하다. 그래서 제철소에서는 NOx 발생이 적은 저(低)NOx버너를 최신형으로 교체해오고 있다. 한편, 소결공장에서 가동 중인 선택적 촉매환원(SCR; Selevtive Catalytic Reduction) 기술은 연소과정에서 발생하는 NOx 배출을 최소화한다. SCR은 촉매를 활용해 NOx와 환원제(NH3)를 반응 시켜 인체에 무해한 질소와 물로 전환함으로써 NOx를 80~90%가량 저감하는 기술이다.
(3) 먼지 관리
먼지는 전기집진기 91대, 여과집진기 1004대 등 총 1700여 대의 대용량 집진기를 통해 각 공정에서 나온 먼지를 99% 이상 제거하고 있다. 또한 원료탄과 부원료를 저장하는 밀폐형 저장시설 사일로(Silo)를 179만 톤 규모로 운영하여 먼지 비산을 최소화하고 있다.
포스코는 SOx, NOx, 먼지를 저감하는 데 있어 최적가용기술(BAT; Best Available Technology), 즉 경제성을 고려한 최적의 기술을 적용하여 제철소 대기오염물질 저감에 총력을 다하고 있다.
l 최고의 환경기술과 투자로 만드는 ‘에코 제철소’
흔히들 공장이 있는 곳은 미세먼지가 많으리라 생각하지만, 반드시 그런 것은 아니다. 환경부 대기환경연보에 의하면 제철소가 위치한 포항과 광양의 연평균 미세먼지(PM10) 농도는 전국 평균 및 타 도시보다 낮았다. 초미세먼지(PM2.5) 농도도 마찬가지다. 간접적이지만 포스코 제철소의 대기오염물질 배출 수준에 대한 설명으로 볼 수 있다.
▲자료: 2015~2018 환경부 대기환경연보
앞서 1편에서 철강업은 원래 ‘환경적 숙명과의 싸움’이었다고 포스코의 업(業)을 규정한 바 있었다. 그런 만큼 포스코는 ‘대기오염물질 저감’을 핵심 환경목표로, 그 이행 정도를 핵심 경영지표(KPI; Key Performance Indicator)로 설정하고 있다. 즉, 철강제품 1톤 생산 시 먼지와 황산화물(SOx), 질소산화물(NOx)이 배출되는 양을 계산한 ‘대기배출 원단위’를 KPI로 설정하여 연간 실적을 관리한다. 대기오염물질 배출량은 주요 배출시설의 굴뚝 자동측정기기(TMS)를 통해 실시간 측정되며, 측정 데이터는 투명하게 공개되고 있다.
아래 그래프를 보면, 포스코의 조강 1톤당 대기오염물질 배출량은 지속적으로 줄어들고 있다. 2018년에는 2000년에 비해 배출총량을 40% 감축했으며, 상세하게 살펴보면 SOx는 43%, NOx는 33%, 먼지는 68% 저감됐다.
▲자료: 포스코 보고서
포스코는 여기서 그치지 않고 ‘2022년 대기오염물질 배출량 35% 저감’이라는 도전적인 목표 아래 2019년부터 3년간 환경관리에 1조 700억 원을 투자하고 있다. 유황 회수설비를 추가 설치하고, 소결공장 및 부생가스 발전시설에 선택적 촉매환원(SCR) 설비를 추가 설치하여 NOx와 SOx의 배출을 더욱 저감할 계획이다. 노후 발전시설은 폐쇄 후 신예 시설로 대체할 준비 중이며, 밀폐형 사일로도 40만 톤 규모를 추가 설치하여 연원료 비산 현상을 줄일 예정이다.
또한 현재 89개소에서 운영하는 굴뚝 자동측정기기(TMS)를 2021년까지 200여 개소로 확대하여 제철소 전체의 배출현황을 더 꼼꼼하게 모니터링할 계획이다.
한편, 미세먼지 저감을 위한 혁신기술 개발도 한창이다. 지난 5월 설립된 RIST의 미세먼지연구센터는 △저온에서도 NOx 제거효율이 높은 저온 SCR 촉매기술 △고온의 배가스에서 SOx를 선택적으로 제거하는 고온 건식 탈황기술 △집진필터 차압을 낮춘 고효율 여과집진기술 등 대기오염물질 제거 효율 향상은 물론 에너지 사용량까지 절감하는 기술을 개발해 제철소에 적용할 계획이다.
▲자료: 대기환경보전법
대기오염물질에 대한 배출허용기준은 5년 단위로 꾸준히 강화되어 왔다. 위 표에서 제철소 소결로에 대한 배출허용기준은 10년 전인 2010년보다 훨씬 강화됐다. 20년 전과 비교하면 기준이 2배 수준으로 강화됐지만, 포스코는 기술개발과 공정 개선 등을 통해 점차 타이트해진 배출허용기준을 만족시켜 오고 있다.
미세먼지에 대한 국민적 관심과 우려의 목소리가 높아지면서, 2020년 4월부터는 배출 총량 규제가 전국으로 확대 시행되는 등 환경정책들이 더욱 강력하게 추진될 예정이다. 포스코는 현재의 수준을 정확하게 진단, 파악하고 스스로를 감시 모니터링하며 배출 총량을 줄이는 데 최선을 다할 것이다. 경제적 가치와 환경적 가치를 동시에 높이는 것, 이것이 포스코의 사회적 책임이기 때문이다.
* 포스코 뉴스룸이 <포스코 에코 리포트>를 연재합니다. 포스코 환경경영의 참모습을 설명해 드리겠습니다.