[첨단 헬로티]

우리나라 최우선 과제, ‘기후 변화 대응과 관련해 미세먼지 대응’

1. 들어가면서
지난 호에서는 주거 환경 변화와 에너지데이터 활용을 연계하여 살펴보았다. 이번 호에서는 기후 환경 변화와 이에 대응하는 에너지데이터 활용을 살펴보고자 한다. 이를 위해 먼저 기후 환경 변화의 요인이 되는 지구 온난화와 미세먼지 이슈 및 정책 움직임에 대해 간단히 살펴보고, 에너지사용량 및 미세먼지 감소를 위해 에너지 관련 데이터가 어떻게 활용되고 있는지 국내외 사례들을 소개하고자 한다.

2. 지구 온난화 및 미세먼지 이슈
2.1 지구 온난화 이슈
2015년 8월 세계경제포럼(World Economic Forum; WEF)은 기후 환경의 변화로 인해 작물 생산량이 줄어들고 있다고 발표했다. 이의 주된 원인은 지구 온난화이다. 이를 분석하는‘기후변화대응기관(Climate Action Tracker; CAT)’은 2016년 11월 기준으로 2100년 지구의 온도가 2.8도 상승할 것이라 전망했다. 기후 환경 변화에 관한 정부간 협의체(IPCC)에 의하면, 지구 온도가 1~2도만 상승해도 기후 환경 변화에 큰 영향을 주어 인류에게 큰 위협이 된다고 한다. 지구 온난화의 주범은 이산화탄소 등의 온실가스 배출이다. 국제에너지기구(IEA)가 발간한 ‘2017년 에너지 전망(2017 Outlook for Energy)’내용을 보면, 전 세계 온실가스 배출의 68%가 에너지 생산 때문이다. 따라서, 지구 온난화로 인한 기후변화를 막기 위해서는 에너지 사용량을 줄여야 하며, 온실가스를 배출하는 화석연료 에너지를 청정에너지로 대체해야 한다.

도시 내 에너지 사용량은 계속 증가하고 있다. IEA에 따르면, 2040년 에너지 수요가 2015년 대비 40%나 증가할 것으로 전망되며, 이러한 증가세는 신재생에너지 발전원으로 대체하는 것을 앞지른다. IEA에 따르면, 신재생에너지 발전원 비중은 2009년 6%에서 2035년 30% 증가하는데 비해, 화석연료 에너지 비중은 2009년 81%에서 2035년 75%로 크게 낮아지지 않는다. 따라서, 국가마다 내놓은 신재생에너지 발전원 대체 정책을 추진해도 화석연료 에너지원 사용 감소에 영향을 그다지 미치지 못해 지구 온난화는 계속될 것이라는 전망이다.

지구 온난화 진행을 최소화하기 위해서는 에너지 관련 데이터를 활용해서 화석연료 에너지 사용량을 줄이면서 동시에 신재생에너지 사용을 확대하는 정책이 병행되어야 한다. 에너지 관련 데이터를 활용한 에너지 사용량 분석과 이의 가시화를 통해 절감을 유도하고 기후에도 영향을 미칠 수 있다.

2.2 미세먼지 이슈
지구온난화와 함께 환경오염이 지구를 위협한다. 이의 주범인 미세먼지는 화학무기와 같은 강력한 파괴력을 갖는다. 이는 직경 크기에 따라 미세먼지와 극미세먼지로 구분된다. 직경이 0.1∼2.5μm이면 미세먼지(PM10, PM2.5), 직경이 0.1μm 미만은 극미세먼지이다. 미세먼지가 포함하는 성분이 미세먼지의 독성에 중요한 역할을 한다. 호흡기 영향은 주로 세기관지에서 염증반응을 일으키는데, 천식, 만성기관지염, 기도폐쇄를 일으키며, 폐 조직에서 박테리아 불활성화 작용을 방해해 호흡기계 감염을 유발하고, 심근경색, 뇌졸중, 심박동수 이상, 급사 같은 심혈관계 질환의 요인이 된다. 미세먼지의 인체 영향 중 대표적인 것은 기도 염증 반응으로 미세먼지 흡입은 상부와 하부기도에서 염증반응을 일으키고 활성산소와 산화스트레스를 증가시킨다.

이에, 2013년 세계보건기구 산하 국제암연구소(IARC, International Agency for Research on Cancer)는 미세먼지를 사람에게서 발암이 확인된 1군 발암물질(Group 1)로 지정했다.

미세먼지는 사람 몸 뿐만 아니라 농작물, 기후 등 환경 전반에 영향을 준다. 대기 중 이산화황(SO2)이나 이산화질소(NO2)가 많이 묻어 있는 미세먼지는 산성비를 내리게 해 토양과 물을 산성화시키고, 토양 황폐화, 생태계 피해, 산림 수목과 기타 식생을 손상시키며, 공기 중 카드뮴 등 중금속이 묻은 미세먼지는 농작물, 토양, 수생 생물에 피해를 주고, 미세먼지가 식물 잎에 부착되면 잎의 기공을 막고 광합성 등을 저해함으로써 작물의 생육을 지연시킨다.

미세먼지는 산업활동에도 영향을 미친다. 미세먼지가 반도체와 디스플레이 산업에 노출되면 불량률이 증가해, 가로·세로 높이 30cm 공간에 0.1㎍의 먼지입자 1개만 허용한다. 자동차 산업은 도장 공정에서 악영향을 받을 수 있고, 자동화 설비 경우에도 미세먼지로 인한 오작동 피해를 입을 수 있고, 가시거리를 떨어뜨리기 때문에 비행기, 여객선 운항도 지장을 받는다.

이처럼 인체와 자연 생태계, 산업에 영향을 미치는 미세먼지에 대해 선진국은‘환경기준’을 정하고 있다. 이는 건강을 보호하고 쾌적한 생활환경을 유지하기 위해 설정한 행정 목표로, 각국의 오염상황, 사회·경제적 발전 단계, 기술수준 등이 고려되어 설정된다. 미국, 유럽연합(EU)은 대기환경 정책 추진 초기에는 총 먼지로 환경기준을 설정했으나, 최근에 이를 변경하여 미세먼지(PM10) 중심으로 전환했다. 점점 경제구조가 고도화되고 에너지 사용량이 많아지면서 최근에는 입자 크기가 더 작은 미세먼지(PM2.5)에 대한 환경기준이 신설되거나 강화되는 추세이다.

미세먼지가 가장 심각한 국가는 중국이다. 중국에서는 2010년부터 미세먼지 오염이 더욱 심각해지면서 생태환경부가 2012년에 미세먼지를 포함한 환경기준물질들에 대한 환경대 기질기준을 강화했고, 환경보호구역을 자연보호구역, 유적지, 특수구역을 포함하는 1구역과 거주, 상업, 문화, 공업, 농촌지역을 포함하는 2구역으로 구분했다. 1구역에는 1급, 2구역에는 2급 기준을 적용한다. 도시지역에 적용되는 PM10, PM2.5에 대한 2급 기준 농도는 WHO 권고 기준보다 일평균은 3배, 연평균은 3.5배 높은 수준이다. 이 기준을 74개 도시를 신기준 1단계 모니터링 실시도시로 선정해 우선 적용한 후, 2013년에 113개 환경보호 중점도시 및 국가환경 모범도시, 2015년에 지급이상 285개 도시, 그리고 2016년부터는 중국 전역에 단계적으로 적용하였다. 중국 정부는 대기 중 미세먼지 저감을 위한 목표 및 달성 기한을 설정하고 다양한 대기오염 저감 정책을 시행하고 있으며, 대기오염 방지 행동계획을 통해 2017년까지 지급 이상 도시의 PM10 농도를 2012년 대비 10% 이상 감축하는 목표를 설정해 10대 계획을 수행하였다.

중국은 특히 고농도 오염 대응을 위해 2015년 대기오염방지법을 개정하면서 중대 대기오염 대응 항목을 추가해 중대 대기오염에 대한 조기 예·경보 등급 기준을 통일하고, 긴급 대응 시스템을 표준화하는 등 중대 대기오염 관측 및 예·경보 체계를 수립하였다. 현급 이상 지방정부에서는 중앙정부기관인 생태환경부, 중앙기상대와 협력해 중대 대기오염에 대한 예·경보를 발령하도록 의무화하였다. 생태환경부 산하 국가환경모니터링센터는 24, 48, 72시간 AQI 지수 범위, 대기질 등급 등을 지방정부에 배포하고, 현급 이상 지방정부는 이를 토대로 예보 결과를 발표한다.

중국은 중대 대기오염을 돌발사건 비상관리 체계에 포함시켜 ‘중화인민공화국 돌발사건대응법’, ‘중화인민공화국 환경보호법’에 근거해 현급 이상 지방 정부에 대기질 중오염에 긴급 대응하기 위한 시행령, 조례 등 유관법률규정을 마련하고 생태환경부가 제공하는‘도시 대기질 중오염 긴급대응 매뉴얼 제정 가이드라인’에 따라 AQI 지수 201 이상 시 긴급대응 조치를 의무화하였고, 지방정부는 대기오염 예·경보 등급에 근거해 관련 기업의 생산 중지 및 제한, 자동차 운행 제한, 폭죽 금지, 노천 소각 중지, 학교의 실외 활동 중지 등을 명령할 수 있게 되었다.

이처럼 미세먼지로 어려움을 겪는 중국은 인접국인 한국과도 한·중 대기질공동연구단을 2014년 발족해, 2015년 6월부터 국립환경과학원과 중국환경과학연구원의 대기분야 전문 연구팀을 운영 중이다. 양국은 고농도 미세먼지 발생 시 대기질 상황을 실시간 공유하고, 공동 시료채취 및 분석을 통한 고농도 오염 원인 및 특성 분석을 수행 중이며, 양국의 대기질 예보 기법, 배출량 현황, 대기분야 정책 추진 현황 등에 대해 정보를 공유한다. 또한 2016년 11월 중국의 대규모 대기질 공동관측 제안으로 2017년 5월부터 공동 추진 중인“청천(晴天) 프로젝트”는 한국 풍상 측에 위치한 중국 북부지역 고농도 미세먼지의 주요 발생원인과 대기 중 화학변화 및 이동특성을 파악해, 이 지역 중장기 미세먼지 저감 대책 마련에 필요한 과학적 근거를 제시하는 것을 목적으로 한다.

중국과 인접한 우리나라는 미세먼지로 몸살을 앓고 있는 상황이다. 2016년 6월에 관계부처합동으로 ‘미세먼지관리특별대책’을 수립하면서 2022년까지 미세먼지 국내 배출량 30% 저감, 4대 핵심 배출원(발전, 산업, 수송, 생활)을 집중 감축하겠다는 목표를 세우게 된다. 먼저, 에너지 발전 부문에서는 단기적으로는 공정률이 낮은 석탄화력을 재검토하고 신규를 금지하며 기존 운영 중인 석탄화력과 고형연료제품(SRF) 사용시설 관리를 더욱 강화하고 재생에너지 및 기후변화 대응 기술을 개발하는 것이며, 중장기적으로 노후한 석탄 발전을 폐지하고, 새로운 에너지계획으로 전환하며, 발전용 에너지원의 친환경적 세율체계를 조정하고 도서지역발전소, SRF 시설 등의 관리 사각지대 관리를 더욱 강화하는 것이다.

산업 부문에서는 단기적으로는 사업장의 오염물질 배출총량제를 내실화하고, 먼지 총량제를 단계적으로 확대하고, 불법행위에 대한 전방위적 점검과 감시를 실시하며, 사업장 관리체계를 개선하고, 중소사업장 대상으로 환경 개선을 지원하는 것이다. 중장기적으로 사업장 오염물질 배출 총량제 대상 지역을 확대하고, 질소산화물에 대한 대기 배출 부과금을 부과하며, 휴발성유기화합물(VOCs) 비산배출 사업장 시설 관리 기준을 강화하는 것 등이다.

도로 부문에서 수송 부문을 보면, 단기 대책으로는 노후 경유차 저공해화, 노후 화물차 저공해화, 운행차 및 신규 경유차 배출가스 관리 강화, LPG 차량 및 CNG·전기버스 보급 및 의무구매 확대 등 친환경차 보급 활성화, 교통 수요 관리 강화 등이 있으며, 장기 대책으로는 노후 경유차 운행 제한지역을 확대하고, 온실가스 대상 저탄소차협력금제도를 대기오염 물질까지 포괄하는 친환경차협력금제도로 변경하며, 2022년까지 전기이륜차 5만대를 보급하고, 경유차‧이륜차 배출가스 검사제도를 강화하며, 배출가스 검사기관을 일원화해 임의조작을 근절하는 것 등이 있다.

생활 부문에서는 단기 대책으로 도로재 비산먼지 발생을 사전에 차단하고, 도시-도시외곽을 연결하여 미세먼지를 조기 분산시키는‘도시숲’을 조성하는 것 등이며, 장기 대책으로는 도로재 비산먼지를 관리하고, 도료중 VOCs 함유 기준을 강화하고 관리 대상을 확대하며, 주유소 유증기 VOCs 관리를 강화하고, 적극적 지원을 통한 불법 소각을 차단하는 것 등이다. 이러한 미세먼지 대응 정책과 함께 2018년 3월, 우리나라 미세먼지 환경기준은 미국, 일본 등 선진국과 같은 수준으로 강화되어 미세먼지의 일 평균 환경기준이 기존 50㎍/㎥에서 35㎍/㎥로 강화되었다.

3. 기후 변화 대응을 위한 데이터 활용
3.1 지구 온난화 대응 데이터 활용
스코틀랜드의 글래스고(Glasgow) 시에서는 지구 온난화의 주범인 화석연료 에너지 사용량을 줄이고자‘도시에너지관리서비스’를 개발했다. 이 도시는 편의에 따라 2차원과 3차원 형태로 지도를 만들어 구역별로 에너지 사용정보와 요금을 실시간으로 보여주며, 사용량과 기후 정보를 기반으로 전력 사용 패턴을 분석해 구역별로 제공한다. 이는 사용자가 타 구역과 비교했을 때 에너지 사용의 낭비 정도가 심하다는 것을 스스로 느끼게 하여 에너지 절감을 유도하는 효과를 갖는다.

이 도시는 이 서비스를 30여 개 학교에 적용했으며, 2015년 기준으로 6개월 만에 전년 대비 약 33만 파운드 (약 4억 9천만 원)를 절감시켰다고 한다. 또한, 글래스고 시의 전력 사용량을 실시간 모니터링하여 탄소 배출량 확인 및 에너지효율이 낮은 기기 정보 공유 등을 통해 스마트에너지시티 정책 수립에 활용하며, 스마트 가로등(Intelligent Street Lighting)을 통해 도시 전역의 안전을 향상하고 관련 정보를 수집하게 된다. 이 가로등은 실시간 움직임 및 소음을 인식하는 센서로 경찰 및 긴급구조대에 알림 기능을 장착하여, 긴급 상황 시 깜빡이는 신호로 사고 장소를 알려주며, 공해 및 움직임 측정시스템을 통해 대기오염, 인구 이동 수에 대한 데이터를 수집하여 도시계획에 반영하게 한다.

신재생에너지 보급도 기후 변화에 영향을 미치는 요소이다. 신재생에너지는 풍력, 태양열 등 자연을 에너지 생산 원천으로 삼는데, 기후에 따라 달라지므로 에너지 공급의 안정성이 관건이 된다. 이 또한 에너지데이터로 해결할 수 있는데, 예컨대 신재생에너지에 적합한 지리를 추천하는 데에 데이터가 활용되는 것이다. 풍력, 태양열 등 생산 원천이 풍부한 곳은 기후가 변하더라도 최소한으로 생산하는 에너지양이 상대적으로 크기 때문에 적합한 지리를 찾아 신재생에너지 설비를 구축하면, 활용률과 안정성을 높일 수 있다. 덴마크의 베스타스(Vestas)는 풍력 발전기를 개발하는 에너지기업인데, IBM이 제공하는 데이터를 활용해 날씨, 조수간만의 차, 위성, 산림 정도를 분석해 풍력 발전원에 적합한 지리를 추천해준다. 이외에도 기후, 발전원 상황 정보 등을 기반으로 에너지 생산 패턴을 추출한 후 신재생에너지 발전원 생산량을 예측해 공급 안정성을 높일 수 있게 한다.

3.2 미세먼지 대응 데이터 활용
우리나라에서는 심각한 미세먼지 대응을 위해 데이터를 활용하게 하려는 목적으로 한국정보화진흥원의 공모 사업이 진행되었다. 이에, KT 컨소시엄이‘빅데이터 기반 국민 체감형 미세먼지 대응 서비스’를 2017년 11월 구축하게 된다. 이 사업은 사물인터넷(IoT) 기반으로 실시간 공기질을 측정하는 미세먼지 데이터플랫폼이다. 이 컨소시엄은 이미 KT가 사회공헌 차원에서 개발한‘에어 맵 코리아’ 프로젝트의 핵심인 공기질 측정망 데이터와 제주도, 창원시, 광명시에 정부가 구축한 국가 대기질 측정망, 기상관측자료, 산업단지 및 배출시설, 인구밀도, 유동인구, 교통량 등 각종 환경 데이터를 분석하는 실증사업을 진행하였다.

이 서비스는 실증사업 중인 제주도, 창원시, 광명시에 시범 적용되는데, 해당 지역의 기존 측정소 15곳 외에도 통신사 기지국 등에 설치된 115개의 IoT 기반 공기질측정기 정보를 활용하게 된다. 이에 따라 음영지역 없는 실시간 미세먼지 관측이 가능하게 되었다. 데이터 분석 결과, 근거리 지역 간에도 미세먼지 농도가 다르며, 특히 대기오염물질 배출시설 인근의 미세먼지 농도가 타 지역 대비 높은 경향이 있음을 확인하게 되었다. 수집된 공기질 데이터는 통화량 기반 유동인구 데이터와 날씨 데이터, 질병 데이터 등과 다시 결합해 다양한 미세먼지 대응 서비스 제공에 활용되어진다. 예컨대, 미세먼지 농도가 높은 시간대 인구 밀집 지역 중심으로 살수차 이동경로와 운용 빈도를 최적화하는 등 해당 지방자치단체의 환경정책 의사 결정을 지원하며, 연령별, 성별, 공기질 관련 질환 여부 등에 따른 위치기반의 개인 맞춤형 상세 대응요령을 문자메시지로도 제공하게 된다.

▲ 에어맵코리아 애플리케이션 화면
<출처: https://m.post.naver.com/viewer/postView.nhn?volumeNo=17892061&memberNo=30305360>

앞서 언급했듯이, 이러한 미세먼지 대응서비스는 이미 구축된 KT의‘에어맵 코리아’프로젝트에서 시작된다. KT는 IoT 데이터 분석을 통해 미세먼지 정책 수립을 지원하려는 목적으로 사회공헌 활동 차원에서 2년 동안 2천여 개 공기질 측정망을 구축하였다. 이를 통해 전국의 지방자치단체와 협력해 종합대응상황실을 구축하게 되었으며, 애플리케이션 제공을 통해 사용자의 현재 위치뿐만 아니라 지역별로 미세먼지 수치를 비교할 수 있는 기능도 제공하게 된 것이다.

KT가 제공하는 애플리케이션에서‘일정관리’에 장소와 시간을 미리 설정하면 설정 지역 미세먼지 예보도 주기적으로 업데이트 받을 수 있다. 미세먼지 수치에 따라 ‘빨래’, ‘운동’, ‘세차’ 지수 등 미세먼지 데이터와 결합된 일상 활동 정보를 제공하는 생활 가이드도 제공된다. KT는 여기에 통신 데이터를 접목해 유동인구와 공공정보를 결합한 ‘안전 통학로’등의 서비스도 선보일 계획이며, 측정 데이터의 정확도를 위해 한국대기환경학회와도 협업하고 있다고 한다.

4. 나가며
우리나라에서는 기후 변화 대응과 관련해 미세먼지 대응이 최우선 과제이다. 미세먼지 생성 메커니즘 연구 등 관련 데이터 기반의 연구와 분석이 필요하다. 즉, 인공지능(AI) 기반의 대기질 예보 및 경보시스템 데이터 및 수치예보 결과의 기계학습을 통한 AI 예측시스템 구축이 요구된다. 이를 위해서는 미세먼지 국가 배출량 데이터를 체계적으로 수집, 관리해야 하며, 배출량조사(CAPSS) 시스템 보완과 아울러 누락배출원을 발굴해야 하고, 우리나라 실정에 맞는 배출계수도 개발해야 할 것이다.

또한, 미세먼지 발생원에 대한 기초 데이터를 수집하고 통계시스템을 구축하기 위해서는 미세먼지 발생원, 위해도 검증 등을 담당할 데이터분석 조직도 필요하다. 미세먼지 발생원에 대해 국외 영향 등 위해도에 대한 보다 체계적이고 과학적인 통계 시스템이 마련되어야 할 것이다. 또한, 이러한 기초 데이터 분석 외에도 앞서 언급한 KT 컨소시엄 사례처럼 실제 상용화되어 활용될 수 있는 서비스 및 관련 앱들이 더 활발히 개발되어야 할 것이다. 이를 위해서는 다양한 업계가 함께 데이터를 수집하고 분석하며 비즈니스모델을 개발할 수 있는 컨소시엄 구성이 바람직하다고 생각한다.

참고문헌
한국법제연구원(2017.11.15). 4차 산업혁명 핵심기술을 활용한 기후변화 대응 전략 연구: 빅데이터를 중심으로.
김연규 엮음(2018). 글로벌 기후변화 거버넌스와 한국의 전략, 한울.
더사이언스타임즈(2019.12.9). 미세먼지 문제, 데이터로 해결한다: 사회 이슈 해결 방안, 데이터 분석으로 모색.
문광주 외(2018.6). 중국 초미세먼지 현황 및 정책 동향, 한국대기환경학회지 제34권 제3호
인공지능신문(2019.2.18). 국내 최초 빅데이터 기반 맞춤형 미세먼지 정보 제공 ‘에어맵 코리아’ 앱 출시.
지디넷코리아(2017.11.6). 미세먼지 측정 분석, 빅데이터로 해결: 과기정통부-KT 컨소시엄 빅데이터 플래그십 프로젝트 진행.
한국과학기술기획평가원(2019). 시민참여형 미세먼지 대응 정부 R&D 투자방향 수립 연구
한국환경정책평가연구원(2018.5.18). 미세먼지관리종합대책, 에너지고위경영자과정 발표문.
한국환경정책평가연구원(2017). 환경 빅데이터 분석 및 서비스 개발, 사업보고서.

송민정 교수 한세대학교 미디어영상광고학과