[에코파일] 잿빛 하늘 미세먼지 잡는 진공청소기 없을까

올 들어 세번째 서울을 비롯한 수도권에 미세먼지 비상저감조치가 발령된 18일 마스크를 착용한 시민들이 서울 광화문 횡단보도를 걷고 있다. 김상선 기자

새해 들어 서울 등 수도권에서는 미세먼지 비상저감 조치가 사흘이나 시행됐다. 서울시는 시민들이 승용차 이용을 줄이도록 유도하기 위해 하루에 50억 원씩 들여 출퇴근 시간 버스·지하철을 무료로 이용할 수 있도록 했다. 하지만 미세먼지가 줄어들 정도로 눈에 띄는 성과는 없었다.

비상저감 조치 효과 거둘 아이디어는? #중국 시안에는 공기 정화탑 세우고 #베이징과 뉴델리엔 물대포도 등장 #고층 옥상에서 물 뿌리자는 제안도 #경기도 인공강우, 서울시 드론 검토 #"에너지 소비로 오염 더 발생" 비판

시민들로서는 미세먼지 오염이 일상화되면서 건강에 대한 걱정도 커지고 있다. 잿빛 하늘을 뒤덮는 미세먼지를 단번에 걷어내는 방법, 말 그대로 비상저감 조치가 될 수 있는 기술은 없을까.

거대한 공기 정화기를 가동한다

미세먼지 제거 아이디어와 관련 최근 중국 산시성 시안에 세워진 공기정화 탑(스모그 정화 타워) 가 효과를 입증했다는 보도가 단연 눈길을 끈다.

중국 시안에 들어선 공기정화 탑(스모그 정화 타워) [연합뉴스]

중국과학원 지구환경연구소가 세운 이 스모그 정화 타워는 높이가 100m에 이른다. 이 스모그 타워는 태양에너지를 이용해 공기를 데우고, 데워진 공기가 대류 작용으로 타워 안을 흘러다니도록 하는 장치다. 공기는 대류 과정에서 여러 겹의 공기정화 필터를 통과한다. 미세먼지(PM2.5)를 15% 줄이는 효과가 있다는 것이 연구소 측의 설명이다. 하루에 1000만㎥ 이상의 공기를 정화할 수 있다는 것이다. 1000만㎥라면 가로·세로 1㎞, 높이 10m 정도의 부피에 해당한다.

네덜란드 예술가 단 로세하르데가 설계한 공기 정화탑. [사진 Roosegaarde]

이 같은 스모그 타워라도 주변의 공기를 정화하는 데는 도움이 될 수 있겠지만, 도시 전체를 정화하는 데는 한계가 있을 수밖에 없다. 구체적인 건설비용이나 운영비는 알려진 것이 없지만, 도시 전체로 확대하거나 다른 지역에도 이 같은 시설을 건설한다면 적지 않은 예산이 들어갈 것으로 보인다.
이에 앞서 지난 2016년 중국의 베이징이나 톈진에는 네덜란드 예술가 단 로세하르데가 설계한 7m 높이의 공기 정화 탑이 설치됐다. 이 공기정화 탑은 시간당 3만㎥의 공기를 정화할 수 있다. 하지만 이 정도 규모의 정화 탑으로는 도시 전체를 정화하기는 어렵다.

중국 베이징과 텐진에 들어선 것과 같은 형태의 공기정화탑. 네덜란드 예술가 단 로세하르데가 설계했다. [사진 Roosegaarde]

시안의 공기 정화 탑과 비슷한 아이디어는 러시아의 건축가 알렉세이 우마로프도 지난해 초 내놓은 적이 있다.

빌딩 형태의 거대한 필터를 설치해 주변 공기 오염을 정화하도록 하는 아이디어다. 사람이 거주하는 빌딩이 아니라 수십 층 높이의 빌딩처럼 생긴 커다란 골격에 구멍이 많은 벽으로 이루어진 ‘하이퍼 필터’다. 벽의 구멍과 내부의 긴 파이프를 연결하고, 파이프를 통해 빨아들인 공기는 필터로 정화하고 오염물질은 별도로 분리해서 처리한다는 개념이다. 우마로프는 외국의 대기업이 이 아이디어를 채택해 베이징이나 뉴델리·모스크바 등에 설치해 주기를 제안했지만, 아직 꿈이 실현되지는 못한 상태다.

러시아 우마로프가 제안한 미세먼지 제거 기술. 거대한 빌딩 모양의 정화장치를 설치하자는 것이다. [사진 Umarov]

제트 분사기와 드론으로 공기를 뒤섞는다

2016년 12월 미국 매사추세츠공과대학(MIT) 모셰 앨러마 교수팀은 인도 뉴델리의 대기오염을 제트엔진 분사로 해결할 수 있다고 주장한 바 있다. 스모그가 심한 화력발전소 주변에 제트엔진을 수직으로 세워 공기를 강하게 내뿜는다면 대기오염 물질이 흩어질 것이라는 생각이다.

인도 뉴델리 화력발전소 주변의 미세먼지 제거를 위해 미국 MIT 연구팀에서는 제트엔진 분사를 활용할 것을 제안했다. [ 사진 The Times of India]

특히 대기오염물질이 확산하는 것을 막는 '대기 역전층'이 만들어진 경우 이를 깨뜨리면 미세먼지도 사라진다는 것이다. 대기역전층은 일반적 경우와는 반대로 오히려 위로 갈수록 공기가 따뜻해지면서 대류가 일어나는 것을 방해하는 공기층을 말한다.

하지만 이 역시 효과가 제한적일 수밖에 없다. 도시 전체에 적용하려면 엄청난 비용이 들 수 있다.

지난해 서울시에서는 필터를 설치한 드론 수십, 수백 대를 공중에 띄워 미세먼지를 제거하는 방법까지 검토하고 있다고 밝혀 화제가 됐다. 드론으로 미세먼지를 걸러낼 수도, 화학약품을 뿌려 미세먼지를 가라앉힐 수도 있다는 것이다. 또 드론을 인공강우에 활용할 수도 있다.

드론을 이용한 산불진화 시연 장면. 서울시는 드론을 이용해 미세먼지를 제거하는 방법을 검토하고 있다. [사진 국토교통부]

서울시는 지난해 말 미세먼지를 빨아들이는 분진흡입 청소차를 90대까지 늘렸다. 대기 중에 흩어져 있는 먼지를 빨아들이기보다는 도로에 쌓인 먼지를 흡수해서 제거하는 방식이다. 여름철에는 물청소 차량을 동원에 도로에 물을 뿌리는 방법을 사용하지만, 겨울철에는 도로 결빙 등 안전 문제로 인해 물청소할 수 없기 때문이다.

영국에서는 도로를 터널식으로 덮어 대기오염 확산을 차단하는 방안도 검토 중이다. 영국 도로청(廳)은 터널이나 천막 같은 구조물을 도로 위에 덮고, 구조물에 발라놓은 무기 고분자물질이 미세먼지 발생으로 이어지는 질소산화물을 흡수토록 하자는 생각을 갖고 있다.

물대포로 먼지를 씻어낸다

중국 베이징에서는 미세먼지 제거를 위해 ‘물안개 대포’가 등장했다. 지난 2016년 12월 베이징시 당국이 스모그 저감을 위해 건설현장이나 광산에서 먼지를 줄일 때 사용하는 물대포를 개량한 물안개 대포를 도입했다. 차에 싣고 다니면서 도로 위로 뿌리는 방식이다. 하지만 물 대포 한두 대로 베이징의 극심한 스모그를 잡기에는 역부족이었을 게 분명하다. 오히려 일부에서는 대기오염 측정소 주변에서 물대포를 가동, 오염 측정치를 낮추는 데 악용했다는 비판까지 제기했다.

미세먼지를 제거하기 위해 중국 베이징에 등장한 물대포. [사진 People's Dailiy Onliine]

베이징보다 더 심한 미세먼지 오염에 시달리는 인도 뉴델리에서도 지난해 12월 '물대포(anti-smog gun)'가 등장했다. 인도 '클라우드 테크'에서 만든 이 물대포는 대형 트럭 위에 초대형 헤어드라이어처럼 생긴 물 분사기를 설치, 반경 100m 이내에 분당 최대 100L의 물을 0.001~0.05㎜ 미세 물방울 형태로 뿌린다. 45m 높이로 물을 뿌리면 물방울이 대기 중의 먼지를 흡착해 씻어내리는 역할을 한다. 물대포의 대당 가격은 3만1000달러(우리 돈 3350만원) 수준이다.

인도 뉴델리에서 지난달 미세먼지 제거를 위해 물대포를 가동하는 모습 [중앙포토]

하지만 지난달 실시한 1시간 동안의 시험 가동에서 별다른 효과를 거두지 못했다. 뉴델리 동부 아난드 비하르 지역에서 물대포를 가동한 결과 미세먼지(PM2.5) 농도는 ㎥당 444㎍(마이크로그램, 1㎍=100만 분의 1g)에서 421㎍/㎥로 조금 낮아졌지만, 가동을 멈추자 1시간 후에 다시 476㎍/㎥로 상승했다. 더욱이 이번 시험가동 때처럼 전력선을 사용하는 것이 아니라 별도의 디젤 발전기를 사용할 경우 미세먼지 오염이 오히려 더 심해질 수도 있다는 지적이 제기되기도 했다.

고층빌딩에서 물을 뿌린다

스모그로 뒤덮인 중국 베이징 장안가 인근 도로에 차들이 줄지어 달리고 있다. 미세먼지로 고층 빌딩이 잘 보이지 않는다. [사진 중앙포토]

지난 2014년 1월 국제 학술지 ‘환경 화학 레터스(Environmental Chemistry Letters)’에 소개된 논문에서는 고층빌딩에서 물을 뿌려 미세먼지를 없애자는 아이디어를 내놓았다. 미국에서 활동하고 있는 중국계 학자 유 사오카이는 이 논문에서 “도심의 고층빌딩 꼭대기에서 아래쪽으로 미세한 물방울을 뿌린다면 중국의 극심한 미세먼지(PM2.5) 오염도를 ㎥당 35㎍/㎥까지 낮출 수 있다”고 주장했다. 빠르면 몇 분 이내에, 길면 며칠 내에 초미세먼지 농도를 미국의 연평균 기준(35㎍/㎥)까지 낮출 수 있다는 것이다.
공학으로 지구 기후 문제를 해결한다는 이른바 '지구공학(Geoengineering)'으로도 분류될 수 있는 이 방법은 현재 기술로도 실현할 수 있고, 비용도 저렴하기 때문에 중국뿐 아니라 다른 지역에서도 적용할 수 있다고 유 박사는 덧붙였다.
하지만 자세히 따지고 들면 문제도 없지 않아 보인다. 고층 빌딩에서 물을 분사하면 아래를 지나는 시민들은 우산을 사용해야 하는 불편이 따른다. 더욱이 도로가 얼어붙을 우려가 있어 추운 겨울에는 사용하기 어렵다. 가뭄이 심해 물이 부족하면 적용하기 힘들다.

서울 반포대교에 설치된 `낙하분수`. 한강 반포대교 570ｍ 구간 양측에 380개의 노즐을 설치해 수중펌프로 끌어올린 한강물을 1분당 190t씩 내뿜는 초대형 분수다. [연합뉴스]

만일 이 기술을 중국 베이징이 아닌 서울에 적용한다면 어떨까. 이미 서울의 한강 다리 일부에는 분수가 설치돼 있다. 이 분수를 미세먼지 방지용으로 좀 더 강력하게 개량하자는 아이디어를 일부에서 제시하고 있다. 서울 한강에 있는 10여 개 다리 양쪽 난간에 수십~수백개의 노즐을 설치하고, 강을 향해 높이 물을 분사한다는 것이다. 강물을 그대로 사용한다면 물이 부족할 염려도 없고, 도로가 얼어붙을 염려도 없다. 한 두 곳 시범 적용해서 효과가 있다면 점차 확대하는 것도 방법일 것이다.
그렇지만 대규모로 가동할 경우 전기요금 등 비용이 문제가 될 수 있다. 이화여대 김용표 교수는 "한강에서 분수로 미세먼지를 제거하면 효과가 전혀 없지는 않겠지만, 서울 전체에서 한강의 면적을 고려하면 확실한 효과를 기대하기는 어려울 것"이라고 말했다.

세계에서 가장 높은 물줄기를 뿜어 올리는 분수대가 서울 상암동 월드컵경기장 앞 한강에서 가동되기도 했다. [중앙포토]

인공강우로 비를 내린다

인공강우는 가뭄을 해결하는 데 활용할 수도 있지만, 먼지를 없애는 데도 도움이 될 수 있다. 경기도에서도 지난해 2월 미세먼지 제거를 위해 인공강우 실험을 본격적으로 실시하겠다고 밝힌 바 있다. 기상청에서 추진하는 다목적항공기 도입이 이뤄진다면 이를 이용해 실험한다는 계획이다. 항공기가 서해 상공으로 나가서 인공강우를 시행, 중국으로부터 수도권으로 들어오는 미세먼지를 미리 차단하겠다는 실험이다.

기상청에서 진행한 인공강우 실험. 큰 항공기가 아닌 경비행기를 이용하는 바람에 높은 고도에서 진행하는 인공강우보다는 겨울철에 눈이 더 내리도록 하는 인공증설 실험에 그쳤다. [중앙포토]

인공강우는 요오드화 은(AgI)이나 액체질소 같은 구름 씨앗을 공중에 뿌리면 수증기가 응결돼 빗방울이 떨어지는 원리를 이용한다. 과거 2012년 베이징 올림픽 당시 중국에서 맑은 하늘을 보이기 위해 인공강우를 시행했다. 베이징으로 들어오는 비구름을 막을 목적이었다. 맑은 하늘은 공장 가동을 중단했기 때문일 수도 있다.

중국은 1960년대부터 인공강우 연구를 해왔고, 한국은 지난해 말 기상청이 기상 항공기를 처음으로 도입해 배치했을 정도로 아직은 시험 연구 단계다.

나무를 심어 걸러낸다

충북 청주의 가로수 길. [중앙포토]

빌딩이 빽빽하게 들어선 도시 계획을 변경해 바람이 통하도록 하는 이른바 '바람길'을 만들면 미세먼지가 줄어들 수 있다. 또 도심 기온이 상승하는 '도시 열섬 현상'도 완화할 수 있다. 도시에 나무를 심으면 미세먼지도 제거할 수 있다. 미세먼지가 가로수나 나뭇잎에 붙기 때문이다. 나뭇잎에 붙은 미세먼지는 바람이 불면 다시 공기로 재분산되기도 하지만 비가 내리면 빗물에 씻겨 땅으로 떨어지는 과정에서 공기를 정화한다.
벨기에 지역의 유럽 소나무 숲에서 조사한 바로는 잎에 붙은 먼지의 75%는 다시 날리고, 24%는 빗물에 씻겨 땅에 떨어지는 것으로 나타났다.
미국 농무부 소속 연구팀에 따르면 애틀랜타에서는 도시 지역의 나무가 연간 64.6t의 미세먼지(PM2.5)를, 뉴욕에서는 연간 37.4t의 미세먼지를 걸러내는 것으로 분석됐다. 이에 따라 뉴욕시에서는 나무가 사람의 건강 피해를 예방함으로써 연간 6000만 달러(우리 돈 약 655억 원)의 경제적 이익을 제공하는 것으로 추산됐다. 나무로 둘러싸인 주택의 실내공기에서는 미세먼지 농도가 50% 정도 줄어든다는 보고도 있다.

미세먼지 문제 해결에 지름길은 없다

대기오염의 악화로 도심에서 깨끗한 산소를 간편하게 마실 수 있는 산소 드링크캔이 인기를 끌고 있다. 마스크나 산소캔으로는 미세먼지 문제를 근본적으로 해결할 수는 없다. [중앙포토]

이처럼 미세먼지를 제거하는 아이디어는 다양하게 제시되지만 대부분 비용과 비교하면 효과는 크지 않을 것이란 평가가 나온다.

전문가들은 "이미 배출된 미세먼지를 제거하기 위해 다양한 방법이 개발되고 있지만, 이를 실제 적용하려면 에너지를 사용해야 하고, 그 때문에 발전시설을 돌리다 보면 또 다른 대기오염을 유발할 수도 있다"고 지적했다.
결국은 대기오염 물질이 배출되지 않도록 사전에 노력하는 게 우선이라는 것이다. 미세먼지 해결에 왕도(王道·어떤 어려운 일을 하기 위한 쉬운 방법)는 없다.