지구온난화를 유발하는 물질이자 초미세먼지의 주요 성분으로 꼽히는 블랙카본(Black Carbon)을 레이저로 정밀하게 측정하는 국내 기술이 개발됐다.

환경부(장관 윤성규)와 한국환경산업기술원(원장 김용주)은 대기 중 초미세먼지에 강한 레이저를 비출 때 발생하는 굴절률 변화를 감지해 블랙카본을 측정하는 기술이 개발됐다고 밝혔다.

블랙카본은 석탄, 석유와 같은 탄소함유 연료가 불완전 연소될 때 나오는 검은색 그을음이다. 자동차 매연이나 석탄을 태울 때 나오는 검은 연기 등에 포함되어 있다.

햇빛을 흡수하는 성질 때문에 이산화탄소에 이어 지구온난화에 영향을 미치는 주요 물질※로 꼽히고 있으며, 일상생활에서는 가시거리를 짧게 하는 초미세먼지의 주요 성분이기도 하다.

* 블랙카본 지구온난화 영향 정보출처: IPCC(Intergovernmental Panel for Climate Change, 기후변화에 관한 정부간 협의체) 5차보고서(2014.3월)

이번에 개발된 기술은 필터 없이 레이저를 대기 중에 직접 쏘아서 블랙카본의 굴절률 변화를 측정하여 블랙카본의 양을 정밀하게 측정할 수 있다. 기존 기술은 필터 위에 쌓인 블랙카본의 광흡수를 측정했다.

* 굴절률: 빛이 굴절되는 정도로서, 온도에 따라 굴절률이 달라짐. 여름철 아스팔트 위에 생기는 아지랑이도 굴절률 변화로 생기는 현상임(광열 간섭)

필터를 이용해 측정하는 기존 장비와 비교했을 때 약 10배 정도 우수한 민감도를 갖고 있어서, 지구온난화 예측의 정밀도를 높일 수 있을 것으로 기대된다.

또한, 기존 필터 기반 방법은 필터 재질 때문에 측정값에 오차가 발생해 인위적인 보정과 수정과정을 거쳐야 했고, 사용한 필터는 교환해야 한다.

그러나 이번 기술은 레이저를 직접 대기 시료 중의 블랙카본에 쏘이면, 블랙카본이 레이저의 빛 에너지를 흡수하여 주변 공기를 가열하고 이에 따라 발생하는 굴절률의 변화를 감지하여 보정이나 수정작업 없이 블랙카본의 양을 정밀하게 측정할 수 있다. 필터 기반의 장비처럼 항상 필터를 교환해야 하는 번거로움도 없다.

이번 블랙카본 측정 기술은 환경부와 한국환경산업기술원의 ‘환경융합신기술개발사업’ 중 하나로 2013년 6월부터 개발을 시작했으며, 한국기술교육대학교와 ㈜랩코 연구팀에서 기술개발을 수행했다.

특히 이 기술은 미래창조과학부 기초연구(한국연구재단의 신진연구자지원사업 등)의 우수성과를 실용연구로 연계하는 환경부·미래부 협업체계인 ‘브리지(bridge) 프로그램’으로 진행한 결과다.

이 기술은 올해 3월 국내 특허를 취득했으며, 최근 국제특허(PCT)도 출원하는 등 기술의 우수성을 인정받았다.

또한, 올해 5월부터 진행된 한-미 협력 국내 대기질 공동조사 연구에서 도심 지역의 지상 대기질 측정 작업에 약 6주간 실제로 투입됐다.

김용주 한국환경산업기술원 원장은 “경영학자 피터 드러커의 ‘측정하지 않으면 관리할 수 없다’는 말처럼 정밀한 측정기술은 환경오염물질을 관리하는 가장 중요한 기초기술”이라며, “이번 측정기술 개발이 기후변화, 대기환경 관리, 자동차 배출가스 저감 등 다양한 분야에 적용될 수 있길 기대한다”고 말했다.