대기 오염

1. 개요

대기 오염은 고대부터 인지된 문제로, 산업 혁명 이후 심각성이 커졌다. 20세기 초 런던 스모그 사건 등으로 대기 오염의 심각성이 전 세계적으로 인식되었고, 이후 연구와 대응이 발전하여 법규 제정 및 기술 개발로 이어졌다. 대기 오염은 화석 연료 연소, 산업 활동, 농업 등 다양한 원인으로 발생하며, 입자상 물질, 질소산화물, 오존 등 다양한 오염 물질을 포함한다. 이러한 오염 물질은 호흡기 및 심혈관계 질환을 유발하고, 환경에도 악영향을 미친다. 대기 오염을 줄이기 위해 배출 관리, 노후 기술 교체, 산림 효과 활용, 교육, 공기 질 정화, 교통 계획, 규제, 국제 협약, 환경 기준 설정 등 다양한 대책이 시행되고 있다. 대한민국은 산업화와 도시화 과정에서 대기 오염 문제에 직면했으며, 중국 등 동북아시아 지역의 오염 물질 유입에도 영향을 받는다. 이에 따라 정부는 대기 오염 방지 정책을 추진하고, 국제 협력을 강화하고 있다.

2. 역사

지구는 수십억 년의 역사 동안 비교적 안정적인 환경을 유지해 왔지만, 최근 2세기 동안 인간의 활동으로 인해 급격한 변화를 겪고 있다. 특히, 1860년 이후 화석 연료 소비가 급증하면서 대기 중 이산화탄소 농도가 약 30% 증가했다. 이산화탄소는 지구 온난화의 주범으로 지목되는 온실 가스 중 하나이다.

화력 발전소, 자동차, 공장 등에서 배출되는 질소화합물(NOx)은 광화학 스모그의 주성분인 오존을 발생시켜 도시 지역의 대기 오염을 악화시킨다. 황과 질소화합물은 산성비를 유발하여 생태계에 피해를 입히고, 석면과 같은 유해 물질은 지구 전체로 확산되고 있다.

대기 오염은 인간의 활동뿐만 아니라 자연적인 원인으로도 발생한다. 황사, 가축의 메탄 배출, 라돈 가스, 산불 연기, 화산 활동 등이 대기 오염을 유발할 수 있다.

미국 환경보호청을 비롯한 여러 국가와 기관에서는 다양한 산업 시설에 대한 대기 오염 물질 배출 계수를 발표하여 오염원 관리에 활용하고 있다. 스톡홀름 잔류성 유기오염물질 협약에서는 다이옥신과 퓨란 등 유해 물질을 규제하고 있다.

2.1. 대기 오염의 심각성 인식

서기 61년, 고대 로마 제국의 세네카는 도시의 연기와 악취를 기록하며 대기 오염 문제를 처음으로 언급했다. 그는 도시의 무거운 공기와 매캐한 악취에서 벗어나자 건강이 회복됨을 느꼈다고 기록했다.

9세기 중반 영국 런던에서는 이미 "공기의 나쁨"이 알려져 있었다. 산업 발전과 가정 난방 연료로 석탄 사용이 증가하면서 대기 오염이 심각해져 인체에 미치는 영향이 문제가 되었다. 1273년에는 건강을 해치는 석탄 사용을 금지했고, 1306년에는 직인들이 화로에서 석탄을 때는 것을 금지했다. 그러나 대체 연료 부족으로 금지령은 오래가지 못했고, 도시 발전과 인구 증가와 함께 대기 오염은 더욱 심각해졌다. 16세기에는 전염병, 대화재와 함께 대기 오염이 큰 문제가 되었다. 엘리자베스 1세는 의회 개최 중 런던 시내에서 석탄 연소를 금지하는 명령을 내렸고, 17세기 후반 윌리엄 3세는 런던 시가지의 대기 오염을 피해 켄싱턴 궁전으로 이주하기도 했다.

18세기 중반 영국에서 산업 혁명으로 산업화가 급속히 진행되면서, 19세기 런던에서는 대기 오염으로 인한 사망자 수가 발표될 정도로 상황이 심각해졌다. 1905년, 의사 H. A. 드 보는 런던의 대기 오염을 '스모그(smog)' (smoke(연기)와 fog(안개)의 합성어)라고 처음 표현했다.

20세기에는 대규모 대기 오염 사건들이 발생하며 전 세계적으로 대기 오염의 심각성이 인식되었다.

* 1930년 12월, 벨기에 마스 강 연안의 엥기스에서는 공장 배기 가스로 인한 스모그로 60명이 사망하고 가축, 조류, 식물에도 피해가 발생했다.
* 1948년 10월, 미국 펜실베이니아주 도노라에서는 공장 배기 가스로 인해 인구의 43%가 중경상을 입고 18명이 사망했다.
* 1952년 12월, 런던 스모그 사건으로 5일간 짙은 스모그가 정체되어 약 4,000명이 사망했다.

2.2. 연구 및 대응의 발전

20세기에 들어서면서 대기 오염 연구가 본격적으로 발전하기 시작했다. 도시 기후 내 대기 오염을 연구한 A. 크라처(독일, 1937년), 산업 지역과 도시에서 석탄 소비와 대기 오염 및 흑연(煤塵)의 관계를 연구한 C.E.P. 브룩스(1950년), 런던의 공원과 주변 지역의 대기 오염을 조사하고 비교한 C.W.K. 와인라이트(1962년), 대기 오염과 도시 계획을 연구한 R.E. 맨(1959년) 등의 연구가 주목할 만하다. 이러한 연구를 통해 얻은 지식은 법규 제정 및 대기 오염 예측 기술 개발로 이어졌다.

일본에서는 1960년대 고도 경제 성장기에 대기 오염이 심각해지면서 관련 연구가 활발하게 진행되었다. 이토와 미노와는 도쿄와 가와사키의 대기 오염을 연구하여 1965년 『대기 오염 기상 핸드북』을 저술했다. 1966년에는 학술지 『대기 오염 연구』(현재의 대기환경학회지)가 창간되었다. 이후 국가 및 지방자치단체를 중심으로 체계적인 연구가 활발해졌다. 1967년에는 공해 대책 기본법이 제정되어 대기 오염을 '전형적인 7대 공해' 중 하나로 규정했으며, 1968년에는 대기오염방지법이 제정되었다.

중국에서는 1980년대부터 대기오염 연구가 시작되었고, 2001년에는 47개 도시의 대기질 예보를 TV 방송으로 시작하였다.

산업혁명 이후, 주요 연료는 석탄이었고, 석탄 연소로 인한 매연을 포함한 "검은 스모그(black smog)"에 의한 대기 오염이 심각했다. 초기에는 굴뚝을 높이는 방식으로 매연을 확산시키려 했으나, 이는 오염을 분산시킬 뿐 근본적인 해결책이 아니었다. 이후 집진 장치가 개발, 보급되고 배기가스 처리 기술이 발전하면서 매연 문제는 점차 해결되었다.

선진국에서는 석탄에서 석유로 연료 전환이 이루어지면서 매연은 감소했지만, 황산화물, 질소산화물, 광화학 산화물 등에 의한 '흰 스모그' 문제가 새롭게 등장했다.

대한민국은 1960년대 이후 급속한 산업화와 도시화를 겪으면서 대기 오염 문제에 직면하게 되었다. 특히, 1980년대부터 자동차 배기가스 문제가 심각하게 대두되었다.

2.3. 국제적 문제로의 확산

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개발도상국에서는 선진국에서 줄이는 데 성공한 매연과 이산화황을 중심으로 한 대기오염이 여전히 나타나고 있다. 국제연합인간주거계획(UN-Habitat)(UNHSP)의 1990-1995년 자료에 따르면, 이산화질소 농도는 양쪽에 큰 차이가 없지만, 이산화황은 개발도상국이 선진국의 약 2.5배, 입자상 물질은 약 3.5배이다. 배출원이 가정의 조리나 난방 등에 기인하기 때문에 규제가 어려운 구조이며, 빈곤과 교육 문제도 관련되어 있다. 더욱이, 아시아, 아프리카, 라틴 아메리카의 인구가 급증하고 있는 도시와 공업 지역에서는 대기오염이 심각한 상황에 있다.

유럽에서는 1960년대부터 산성비에 의한 생물 피해가 심각해지면서, 국경을 넘는 오염에 대한 관심이 높아졌다. 1969년 OECD는 산성비 문제에 관해 국제 협력의 필요성을 권고했다. 1972년에는 서유럽 11개국에서 감시 체계가 발족했다. 같은 해 유엔인간환경회의에서는 국경을 넘나드는 산성비가 의제 중 하나가 되어, 세계에 그 피해 상황이 보도되었다. 각국은 1979년에 장거리 월경 대기 오염 협약(CLRTAP)을 체결, 1983년에 발효되어 세계 최초의 국경을 넘는 대기오염에 관한 조약이 되었다. 이 협약은 가입국에 대한 대책, 감시, 정보 교환을 정하고 있으며, 이후 단계적으로 확충되고 있다。북아메리카의 캐나다와 미국 사이에서도 1970년대에 산성비가 국경을 넘는 오염으로 문제가 되어, 처음에는 주장이 대립했지만, 1980년에 양국이 각서를 교환한 이후 감시와 정보 교환을 진행하여, 1991년에 미-캐나다 대기질 협정을 체결하였다.

동남아시아에서는 삼림(열대우림) 화재나 이탄 화재의 연기가 대규모 연무가 되어 주변국까지 확산되는 국경을 넘는 오염이 1980년대부터 심각해졌다. 1997-1998년에는 약 9만 km²에 달하는 화재로 브루나이, 인도네시아, 말레이시아, 필리핀, 싱가포르, 태국의 6개국에 걸쳐 과거 최대 규모의 연무가 발생했고, 2006-2007년에도 캄보디아, 라오스, 미얀마, 태국의 4개국에서 대기질지수(AQI)가 "Unhealthy"가 되는 대규모 연무가 발생하고 있다. 이에 대처하기 위해, 동남아시아국가연합(ASEAN) 가입국은 2002년에 국경을 넘는 연무 오염 ASEAN 협정을 체결(2003년 발효)하여 국가 간 정보 제공 및 연계한 예방책을 정하고 있다.

황산화물, 질소산화물, 산성비, 스모그·연무 등의 국경을 넘는 오염은, 인도, 방글라데시 등의 남아시아나, 중국, 한국, 일본 등의 동아시아에서도 발생하고 있다. 동아시아에서는 1998년에 산성비의 원인 물질의 동향을 감시하는 동아시아산성비모니터링네트워크(EANET)가 발족하였다.

국경을 넘나드는 오염 문제에서는, 국경을 넘어 수송되는 대기오염물질의 움직임을 명확히 하기 위해 고농도 오염 시의 풍향에 따른 간단한 분석 외에도, 지역별 배출량과 침착량으로부터 다른 지역으로부터의 유입을 추정하는 방법, 오염물질 중의 동위원소 비를 추적자로 하여 발생원을 추정하는 방법, 장거리 수송 모델에 의한 분석 등이 이용된다.

일본에 침착하는 오염 물질 발생원 분석 결과, 1990년대에는 이산화황의 40~50%가 국내, 10~30%가 중국, 10% 정도가 조선반도였다. 겨울에는 북서 계절풍으로 중국에서 배출되는 비율이 전체의 절반 이상으로 증가한다는 분석 결과도 있다. 또한 질소산화물 발생원(1990년대)은 65~75%가 국내, 13~18%가 중국, 10~15%가 조선반도로 추정된다.. 다만, 2010년대를 정점으로 국경을 넘는 오염은 감소 추세이며, 이산화황의 감소 폭이 크다..

2.4. 과제

선진국에서는 질소산화물(NO_x), 미세먼지, 오존, 휘발성 유기 화합물(VOC) 등이 여전히 주요 문제로 남아있다. 자동차 배기가스는 질소산화물 감소 노력에도 불구하고 여전히 주요 오염원으로 작용하고 있다. 최근에는 레저 및 난방 목적으로 장작 난로 사용이 증가하면서 미세먼지 배출량이 다시 증가하는 추세를 보이고 있다.

3. 오염 물질 및 오염 메커니즘

1860년부터 현재까지 화석 연료 소비로 인해 대기 중으로 방출된 탄소의 양은 1,850억t에 달한다. 연간 방출량은 1860년 9,300만t에서 현재 50억t으로 약 50배 증가했으며, 20세기 초에는 삼림 벌채로 인해 1,000억t 이상의 탄소가 추가로 방출되었다. 그 결과 대기 중 이산화탄소 농도가 약 30% 증가했으며, 이는 지구 온난화의 주요 원인 중 하나로 여겨지는 온실 효과를 일으킨다.

최근에는 이산화탄소 외에도 메탄, 질소화합물 등이 온실효과 가스로 주목받고 있다. 특히 질소화합물(NOx)은 화력 발전소, 자동차, 공장 등에서 다량 배출되며, 햇빛과 반응하여 오존을 생성한다. 이 오존은 광화학 스모그의 주성분으로, 도시 지역뿐만 아니라 정원 지대까지 확산되어 피해를 주고 있다.

황과 질소화합물로 인한 산성비 문제 또한 도시를 넘어 국제적인 문제로 확대되고 있다. 석면(아스베스토)는 남극 빙하에서도 발견될 정도로 지구 전체로 오염이 진행되고 있으며, 이 외에도 다양한 오염 물질들이 대기 중에 혼합되어 있어 잠재적인 오염 위험이 존재한다.

2차 오염물질에는 다음과 같은 것들이 있다.

* 대류권 오존(O₃): NOx와 휘발성 유기 화합물(VOC)이 혼합될 때 생성되며, 스모그의 구성 요소이다. 햇빛이 강한 더운 여름 오후에 농도가 가장 높다.
* 과산화 아세틸 질산염(C₂H₃NO₅): NOx와 VOC로부터 형성된다.
* 광화학 스모그: 기체 상태의 1차 오염물질과 화학 물질로부터 형성된다. 자동차 및 산업 배출가스가 태양의 자외선과 반응하여 생성되는 2차 오염 물질이 1차 배출가스와 결합하여 발생한다.

대기 오염은 농업에도 영향을 미쳐 작물 수확량 감소와 경제적 손실을 초래할 수 있다. 2020년 연구에 따르면 캘리포니아의 오존 오염으로 인해 식용 포도와 같은 다년생 작물의 수확량이 매년 최대 22% 감소하여 연간 10억 달러 이상의 경제적 손실이 발생할 수 있다. 또한, 대기 오염 물질은 농업용수와 토양에도 유입되어 농업 생산량과 품질에 직접적인 영향을 미친다.

코로나19 봉쇄 조치는 대기 질 개선과 지표면 녹지 증가의 상관관계를 보여주는 자연 실험으로 작용했다. 인도에서는 봉쇄로 인한 대기 질 개선으로 지표면 녹지와 광합성 활동이 증가했으며, 특히 경작지에서 이러한 현상이 두드러졌다. 반면, 전통적인 농업은 대기 중 암모니아와 같은 미량 가스 배출의 주요 원인 중 하나이다.

기술 혁신과 규제 강화로 선진국에서는 대기 오염이 개선되었지만, 질소산화물, 미세먼지(PM), 오존, 휘발성유기화합물(VOC) 등의 문제는 여전히 남아있다. 특히 자동차가 주요 배출원인 질소산화물은 규제 강화에도 불구하고 농도 감소가 예상보다 작아 규제가 불충분하다는 의견도 있다.

유럽과 북미에서는 바이오매스 연료로 장작난로 사용이 확대되면서 미세먼지(PM2.5) 배출량 증가에 기여하고 있다. 유럽에서는 2010년대 미세먼지 배출량의 20%를 차지했으며, 영국에서는 2020년 PM2.5의 약 20%가 장작난로에서 발생한 것으로 추정된다. 이는 산업 부문의 석탄 사용 감소 효과를 상쇄하는 수준이다.

다음은 주요 산업국의 GDP 1,000달러당 오염 물질 배출량을 나타낸 표이다. (2005년, OECD 자료)

(단, 국가별 정의, 산출 방법, 생활·산업 구조 등이 다르므로 단순 비교는 어렵다.)

3.1. 오염 물질 및 발생원

다음은 주요 대기 오염 물질과 발생원에 대한 내용이다.

대기오염물질(「오염물질」이라고도 함)은 입자(고체·액체 성분)와 기체(기체 성분)로 나눌 수 있다. 각 물질이 악영향을 미치기 시작하는 양(역치)을 초과할 때 대기오염물질이라고 한다. 주요 오염물질은 다음과 같다.

* PM2.5를 포함한 미세먼지(PM), 블랙카본, 이들을 포함한 매연
* 먼지 - 화산재와 황사
* 배출가스 - 일산화탄소(CO), 이산화황(SOx), 질소산화물(NOx)
* 광화학산화물 - 배출가스 등이 광화학반응을 일으켜 발생한다. 도시에 많은 오염이다. 광화학스모그 등이 있다.
* 휘발성유기화합물(VOC) - 포름알데히드 등의 알데히드류, 다환방향족탄화수소(PAH)의 일부, 다이옥신류 등이 대표적이다. 새집증후군의 원인으로 지목되며, 실내공기질 지표 물질로 자주 사용된다.
* 석면 - 광물이나 공업 제품 등이 원인이다.

이 중 매연, 먼지, 배출가스, 광화학산화물은 「고전적」 대기오염물질이며, 다이옥신과 석면은 그 이후에 문제가 된 대기오염물질이다. 법령 용어로는 일본의 대기오염방지법이 「매연」, 「먼지」, 「자동차 배기가스」, 「특정물질」, 「유해 대기오염물질」 5종 각각의 특정 성분을 대기오염물질로 지정하고 있다.

인간의 건강에 직접 영향을 주는 것은 아니지만, 프레온 가스, 할론, 대체프레온 등의 「오존층 파괴물질」에 의한 오존층 파괴(오존홀)나, 이산화탄소, 메탄, 아산화질소, 육불화황 등의 「온실가스」에 의한 지구온난화도 광의의 대기오염에 포함시키기도 한다.

주요 대기오염물질의 발생원·발생 과정과 대응하는 오염물질은 다음과 같다.

* 연소 - NOx, SO₂, CO, CO₂, PM, VOC
* 화력발전, 산업(제철 등), 교통·운송(휘발유자동차, 디젤자동차, 항공기, 선박), 난방(스토브, 난로), 쓰레기 소각, 방화, 조리(목질연료)
* 석유 제품의 휘발 - VOC, PAH
* 자동차 배기가스 - 납, 망간
* 산업폐기물 - 납, 카드뮴
* 간접 흡연 - PM, PAH, 비소, 포름알데히드, 니코틴, 아크롤레인
* 광화학반응 - 오존
* 화산 활동 - SO₂
* 생물 활동 - CO₂, VOC
* 식생이 부족하거나 전혀 없는 광대한 지역에서 발생하는 자연적인 황사.
* 가축(예: 소)의 소화 과정에서 배출되는 메탄.
* 지각 내부의 방사성 붕괴에서 발생하는 라돈 가스.
* 산불에서 발생하는 연기와 일산화탄소.
* 일부 지역의 식물은 따뜻한 날에 환경적으로 중요한 양의 휘발성 유기 화합물(VOC)을 방출한다. 이러한 VOC는 주요 인위적 오염 물질과 반응하여 2차 오염 물질의 계절적 연무를 생성한다. 검은 잎 느릅나무, 포플러, 참나무, 버드나무는 풍부한 VOC를 생성할 수 있는 식물의 몇 가지 예이다.
* 화산 활동으로 생성되는 황, 염소 및 화산재 미립자.
* 스톡홀름 잔류성 유기오염물질 협약은 살충제 및 기타 잔류성 유기오염물질을 규정했다. 여기에는 플라스틱의 노천 소각과 같이 유기물의 연소 과정에서 의도치 않게 생성되는 다이옥신과 퓨란이 포함되는데, 이들은 내분비 교란 물질이자 돌연변이원이다.

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GDP 1,000달러당 kg, 출처: OECD, 2005년 국가에 따라 정의, 산출 방법, 생활·산업 구조 등이 다르므로 단순 비교는 할 수 없다는 점에 유의해야 한다.

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📌 열 고정 해제

주요 산업국의 배출원 단위

국가	SO2	NOx	CO	NMVOC
일본	0.2	0.6	0.9	0.5
대한민국 2004년	0.5	1.5	0.9	0.9
미국	1.2	1.5	7.3	1.3
캐나다	2.1	2.4	9.5	1.3
영국	0.4	1.0	1.4	0.6
이탈리아	0.3	0.7	2.5	0.8
독일	0.3	0.7	1.9	0.6
프랑스	0.3	0.7	3.3	0.8
EU 15개국 (2005년 시점)	0.4	0.9	2.3	0.7
스위스	0.1	0.4	1.5	0.4
오스트레일리아	4.2	2.7	6.8	1.3
OECD 평균	1.0	1.2	4.6	1.0

3.2. 수송 및 확산

오염 물질은 바람에 의해 수송되며, 수송 과정에서 물리·화학적 변화를 겪거나 다른 물질에 흡수된다. 오염 물질은 확산되면서 농도가 낮아지지만, 다음과 같은 특정 조건에서는 체류하여 고농도 오염을 유발한다.

* 약한 바람
* 안정된 기압 배치
* 기온 역전층
* 계곡 또는 분지 지형

도시에서는 건물이 바람을 약화시켜 오염 물질을 정체시키고 국지적인 고농도를 형성하는 경우가 있다.

4. 영향

몇십억 년이라는 지구의 역사에서 극히 짧은 기간 동안 인간은 지구 환경을 크게 변화시켰다. 그중 가장 큰 문제는 기후 변화로 인한 식량 공급 불안정, 대기 오염 및 산성비로 인한 삼림 훼손, 화학 오염물질이 인체와 생태계에 미치는 영향이다.

탄소, 산소, 질소, 수소, 인, 황은 생물체의 95%를 차지하며, 각 생물은 이 원소들을 효율적으로 순환시켜 생명체를 유지한다. 최근 이러한 물질 순환에 변화가 나타나고 있는데, 특히 탄소, 질소, 황의 변화가 두드러진다. 1860년부터 현재까지 사용된 화석 연료는 대기 중에 1,850억 톤의 탄소를 배출했다.

연간 탄소 방출량은 1860년 9,300만 톤에서 현재 50억 톤으로 약 50배 증가했다. 20세기 초에는 화전이나 방목지 조성을 위해 삼림을 태워 다량의 탄소가 대기 중으로 방출되었고, 1860년부터 현재까지 총 1,000억 톤 이상에 이른다. 그 결과 대기 중 이산화탄소 농도는 약 30% 증가했다. 이산화탄소는 지구 온난화의 주범으로 여겨지는 온실 가스이다. 예측에 따르면 대기 중 이산화탄소 농도가 산업화 이전의 2배가 되면 지구 평균 기온은 1.5~4.5℃ 상승할 수 있다. 이는 두꺼운 얼음층이 지구를 덮었던 빙하 시대의 평균 기온보다 불과 5℃ 낮은 수준이다.

화력 발전소, 자동차, 공장 등에서 다량 배출되는 질소화합물(NOx)은 강한 햇빛과 반응하여 오존을 생성한다. 오존은 많은 도시에서 발생하는 광화학 스모그의 주성분이며, 정원 지대로 이동하여 피해를 확산시킨다.

황과 질소화합물이 관련된 산성비는 도시 문제를 넘어 지역적, 국제적 문제로 확대되고 있다. 연소하지 않는 섬유로 알려진 석면은 남극 빙하에서도 증가하고 있어 지구 전체로 오염이 진행되고 있음을 보여준다. 이처럼 대기 중에는 다양한 오염 물질이 혼합되어 있으며, 드러나지 않은 오염도 많다.

세계보건기구(WHO)는 1996년 2월 스위스 제네바에서 발표한 연구에서 프랑스 파리에서 스모그로 사망하는 사람이 연간 350명에 이른다고 밝혔다. 또한 자동차 배기가스로 오염된 도시에서 사는 것이 핵발전소 안에 있는 것보다 10~100배 위험하다고 덧붙였다. 이 연구는 대기 오염이 암, 폐 질환, 남성 성 기능 약화를 유발한다고 추정했다. 직경 10μm 이하의 미세먼지(PM10)에 대한 우려가 높아졌다.

WHO는 1995년 10월 PM10에 대한 안전 노출 기준은 없으며, 인구 100만 명 도시에서 PM10 농도가 1m³당 50μm로 3일간 지속되면 천식 환자 1,000명이 더 발생하고 4명이 더 사망할 것이라고 보고했다. '영국 대기물질 기준 전문가 패널'은 1995년 11월 보고서에서 PM10이 영국에서 연간 2,000~1만 명의 목숨을 앗아간다고 밝혔다. '대기오염물질이 건강에 미치는 영향 위원회'는 입자상 물질이 암을 유발한다는 증거는 없지만, 입자 자체가 발암성 물질을 함유하고 있다고 경고했다. '도시 대기물질 검토 그룹'은 1996년 5월 보고서에서 런던의 PM10 농도가 1992~94년에 139일이나 기준을 초과했고, 원인 물질의 86%는 도로 교통에서 발생했으며, 옥스퍼드의 경우 허용 기준의 5배에 달했다고 밝혔다. 미국의 환경단체 자연자원방어협회는 239개 미국 도시 조사 보고서에서 연간 64,000명이 대기 중 입자상 물질로 인한 심폐 질환으로 사망한다고 추산했다.

대기 오염으로 인한 질환은 대기 중 화학 물질에 의해 유발되며, 호흡기 및 순환계 질병이 가장 많다. 대기 중 화학 물질 농도가 높아져 일정 기간 지속되면 많은 인명 피해가 발생하기도 한다. 1952년과 1962년 영국 런던, 1948년 미국 피츠버그 교외에서 이러한 사고가 발생했다. 공장 매연의 유독 성분이 일정 지역 대기 중에 고농도로 지속되는 현상은 고기압 정체와 같은 기상 조건과 관련이 있다. 피츠버그와 런던의 경우도 이러한 기상 조건이었다. 대기 오염 질환은 오늘날 공해병이라 불리며 사회적으로 중요한 문제로 떠올랐다. 공해병은 생산 현장의 매연이 주원인이며, 인위적 원인에 의해 발생한다. 인간의 노력으로 공해병 발생을 없앨 수 있으며, 기상 조건은 공해병 발생의 제한 요인이지만, 공해병과 고유의 기상병은 근본적으로 다르므로 동일하게 생각하는 것은 근본 원인을 은폐하는 것이다.

인도와 중국은 대기 오염으로 인한 사망률이 가장 높다. 세계보건기구(WHO)에 따르면 인도는 다른 어떤 국가보다 천식 사망자가 많다. 2019년 인도에서는 160만 명이 대기 오염으로 사망했다. 2013년 중국의 경우 대기 오염으로 인한 연간 사망자 수는 50만 명으로 추산되었다. 2012년 중국의 총 대기 오염 배출량 중 2.48%는 미국의 수요에 따른 수출로 인한 것이었으며, 이로 인해 30개 성에서 27,963명이 추가로 사망했다.

유럽에서는 대기 오염으로 인한 조기 사망자 수가 연간 43만 명에서 80만 명으로 추산된다. 주요 원인은 도로 차량에서 배출되는 이산화질소 및 기타 질소산화물(NOx)이다. 유럽 연합(EU) 전체에서 대기 오염은 평균 수명을 거의 9개월 단축시킨다. 2015년 영국 정부 협의 문서에 따르면 이산화질소는 연간 23,500명의 영국인 조기 사망 원인이다. 영국에서는 폐렴 관련 사망과 자동차 배기가스로 인한 대기 오염 사이에 긍정적 상관관계가 있다.

미국에서 에너지 관련 화석 연료 배출을 제거하면 매년 46,900~59,400명의 조기 사망을 예방하고, PM₂.₅ 관련 질병 및 사망 감소로 5,370억~6,780억 달러의 이익을 얻을 수 있다.

2023년 Science에 발표된 연구는 석탄 발전소의 이산화황 배출(석탄 PM₂.₅)에 초점을 맞추어 "석탄 PM₂.₅에 노출된 경우 모든 원인의 PM₂.₅ 노출보다 사망 위험이 2.1배 높다"고 결론지었다. 1999년부터 2020년까지 미국에서 총 46만 명의 사망이 석탄 PM₂.₅에 기인한다.

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대기 오염 연구는 20세기에 들어 본격적으로 발전했다. 주요 연구로는 도시 기후 내 대기 오염을 다룬 A. 크라처(Adolf Kratzer)의 연구(1937년, 독일), 산업 지역과 도시의 석탄 소비, 대기 오염, 흑연(煤塵) 관계를 다룬 C.E.P. 브룩스의 연구(1950년), 런던 공원과 주변 지역의 대기 오염을 비교한 C.W.K. 와인라이트의 연구(1962년), 대기 오염과 도시 계획을 다룬 R.E. 맨의 연구(1959년) 등이 있다. 이러한 연구는 법 규제 및 대기 오염 예측으로 이어졌다.

일본에서는 고도 경제 성장기였던 1960년대에 대기 오염 증가와 함께 연구가 활발해졌다. 초기 주요 연구로는 도쿄와 가와사키의 대기 오염을 다룬 이토(伊藤)와 미노와(箕輪)의 연구가 있으며, 1965년에 『대기 오염 기상 핸드북』을 저술했다. 1966년에는 학술지 『대기 오염 연구』(대기환경학회지)가 창간되었다. 이 시기부터 국가 및 지방 자치 단체 등 행정 기관 중심의 체계적인 연구가 활발해졌다. 1967년 제정·시행된 공해 대책 기본법에서 대기 오염은 '전형적인 7대 공해' 중 하나로 규제 대상이 되었고, 1993년 환경 기본법에 계승되었다. 1968년에는 대기오염방지법이 제정되었다.

중국에서는 1980년대에 연구가 시작되어 2001년에는 47개 도시의 대기질 예보를 TV 방송으로 시작했다.

산업 혁명 이후 주요 연료는 석탄이었으며, 석탄 연소에 따른 많은 그을음(煤煙)을 포함한 "검은 스모그(black smog)"로 대기 오염이 심각했다. 이에 그을음 배출 규제 조치가 시행되었다. 초기에는 굴뚝을 높여 그을음을 상공으로 보내 확산시키는 조치가 취해졌다. 예를 들어 일본에서는 대기 오염 대책 초기인 1970년대부터 높이가 증가된 집합 굴뚝이 늘어났다. 그러나 이는 발생원 인근 지상 농도를 낮추는 것에 불과했고, 오염을 확산시키는 것일 뿐 근본적인 해결책이 아니었다. 이후 그을음을 회수하는 집진 장치가 개발·보급되고 배기가스 처리 기술이 발전했다.

기술 혁신과 대규모 대기 오염원에 대한 규제 강화 및 단속으로 선진국에서는 대기 오염이 크게 개선되었지만, 환경 기준을 완전히 달성하지 못하고 있다. 주요 문제는 질소산화물, 미세먼지(입자상 물질), 오존, 휘발성유기화합물(VOC)이다. 자동차가 주요 배출원인 질소산화물은 규제 강화에 따른 예상보다 농도 감소가 작아 규제가 불충분하다는 의견도 있다.

유럽과 북미에서는 레저용, 다른 연료 가격 상승, 재생 에너지로서 바이오매스 연료 재조명 등의 영향으로 장작난로 사용이 확대되었다. 유럽에서는 2010년대에 미세먼지(PM2.5) 배출량의 20%를 차지했고, 휘발성유기화합물(VOC)의 일종인 벤조피렌 농도 상승 등에 기여했다. 영국에서도 2020년 PM2.5의 약 20%가 장작난로에서 기인한 것으로 추정되며, 가구 보급률은 8%에 불과하지만, 도로 교통(자동차)보다 많아 이전 석탄 사용 감소 등 산업 부문 감소를 상쇄하고 있다. 배출 감소 개선이 이루어지고 있지만 보급에는 시간이 걸리고, 실내 오염의 큰 비중을 차지하며, 실외 배출도 적지 않은 영향이 있어 규제로 전환하고 있다.

대기 오염 물질은 입자(고체·액체 성분)와 기체(기체 성분)로 나뉜다. 주요 오염 물질은 다음과 같다.

* PM2.5를 포함한 미세먼지(PM), 블랙카본, 이들을 포함한 매연
* 먼지 - 화산재와 황사
* 배출가스 - 일산화탄소(CO), 이산화황(SO_x), 질소산화물(NO_x)
* 광화학산화물 - 배출가스 등이 광화학반응을 일으켜 발생한다. 도시에 많은 오염이다. 광화학스모그 등이라고 불린다.
* 휘발성유기화합물(VOC) - 포름알데히드 등의 알데히드류, 다환방향족탄화수소(PAH)의 일부, 다이옥신류 등이 대표적이다. 새집증후군의 원인으로 지목되며, 실내공기질 지표 물질로 자주 사용된다.
* 석면 - 광물이나 공업 제품 등이 원인이다.

이 중 매연, 먼지, 배출가스, 광화학산화물은 「고전적」 대기 오염 물질이며, 다이옥신과 석면은 그 이후에 문제가 된 대기 오염 물질이다. 각 물질이 악영향을 미치는 양(역치)을 초과할 때 대기 오염 물질이라고 한다.

법령 용어로는 일본 대기오염방지법이 「매연」, 「먼지」, 「자동차 배기가스」, 「특정물질」, 「유해 대기오염물질」 5종 각각의 특정 성분을 대기 오염 물질로 지정하고 있다.

인간 건강에 직접 영향을 주지는 않지만, 프레온 가스, 할론, 대체프레온 등의 「오존층 파괴물질」에 의한 오존층 파괴(오존홀)나, 이산화탄소, 메탄, 아산화질소, 육불화황 등의 「온실가스」에 의한 지구온난화도 광의의 대기 오염에 포함시킨다.

주요 대기 오염 물질의 발생원 및 발생 과정과 대응하는 오염 물질은 다음과 같다.
* 연소 - NO_x, SO₂, CO, CO₂, PM, VOC
** 화력 발전, 산업(제철 등), 교통·운송(휘발유자동차, 디젤자동차, 항공기, 선박), 난방(스토브, 난로), 쓰레기 소각, 방화, 조리(목질연료)
* 석유 제품의 휘발 - VOC, PAH
* 자동차 배기가스 - 납, 망간
* 산업 폐기물 - 납, 카드뮴
* 간접 흡연 - PM, PAH, 비소, 포름알데히드, 니코틴, 아크롤레인
* 광화학 반응 - 오존
* 화산 활동 - SO₂
* 생물 활동 - CO₂, VOC

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4.1. 건강 및 공중 보건에 미치는 영향

대기 오염은 인체에 급성 및 만성적인 영향을 미치며, 여러 시스템과 기관에 영향을 주지만 주로 호흡기계와 심혈관계에 영향을 미친다. 대기 오염의 영향으로는 호흡 곤란, 천명, 기침과 같은 경미한 증상부터 만성적인 상기도 자극, 천식, 심장병, 폐암, 뇌졸중, 어린이의 급성 호흡기 감염, 성인의 만성 기관지염 등 기존의 심장 및 폐 질환이나 천식 발작을 악화시키는 질환까지 다양하다.

단기 및 장기 노출은 조기 사망과 수명 단축과 관련이 있으며, 약물 사용 증가, 의사 또는 응급실 방문 증가, 입원 증가 및 조기 사망으로 이어질 수 있다. 지속적인 대기 오염 노출로 인해 발생하는 질병은 건강한 환경이 유지되지 않을 때 발생하는 환경보건 질병이다.

미국 규제 당국이 안전하다고 간주하는 수준보다 낮은 수준에서도 미세먼지, 이산화질소, 오존과 같은 대기 오염 물질에 노출되면 심장 및 호흡기 질환과 상관관계가 있다. 대기 오염 물질에 대한 개인의 반응은 노출되는 오염 물질의 종류, 노출 정도, 개인의 건강 상태 및 유전적 요인에 따라 달라진다. 대기 오염의 가장 일반적인 원인은 미세먼지와 오존(화석 연료 연소에서 자주 발생), 이산화질소 및 이산화황이다. 개발도상국에 거주하는 5세 미만의 어린이는 실내외 대기 오염으로 인한 사망에 가장 취약한 인구 집단이다.

세계보건기구(WHO)는 2018년 추계에서 세계적으로 대기 오염으로 인해 호흡기 질환 등으로 매년 약 700만 명이 사망하고 있으며, 세계 인구의 약 90%가 건강에 해로운 수준의 대기 오염에 노출되어 있다고 추정했다. 2022년에는 이 수치가 약 670만 명으로 감소했다.

경제협력개발기구(OECD)는 2012년 "2050년에는 대기 오염으로 인한 사망자가 수질오염으로 인한 사망자를 넘어서 환경 악화로 인한 사망자의 가장 큰 원인이 될 것이다"라고 예측했다. 개발도상국에서는 땔나무 사용 등으로 인해 실외보다 실내 공기질(실내대기질) 오염의 위험이 더 높고, 도시 지역에서는 도시화로 인한 실외 오염이 더해진다. 국제에너지기구(IEA) 보고서에 따르면 2016년 기준 실내 오염으로 인한 사망자는 연간 350만 명이다.

WHO는 PM10 농도를 70µg/m³에서 30µg/m³로 줄이면 대기 오염 관련 사망자 수가 15% 감소한다고 하며, 각국에 대기질 개선을 요구하고 있다. 농촌이나 교외에 비해 도시는 대기 오염 물질의 농도가 높고 상대적인 위험도 크다. 특히 개발도상국에서 인구가 급증하는 도시의 위험이 높다.

4.2. 환경에 미치는 영향

대기 오염은 식물 생장에 악영향을 미쳐 농작물 수확량 감소를 초래한다. 고농도 오염에 노출되면 식물은 황색 반점, 갈변, 잎 뒤틀림, 괴사, 낙엽 등의 피해를 본다. 저농도 오염에 장기간 노출되면 광합성, 호흡, 증산 등 생리 기능에 장애가 생겨 생육 불량과 수확량 감소로 이어진다.

대기 오염은 시정을 악화시키며, 심한 경우 스모그나 연무 현상을 유발한다.

대기 오염 물질은 건축물과 문화재를 부식시키고 손상시킨다. 특히 황산화물은 철, 강철, 석재를, 오존은 유기 고분자를, 황화수소는 은과 구리를, 염화수소는 철과 강철을 부식시킨다. 예를 들어, 1950년대 후반~1960년대에 황산화물 농도가 높았던 가와사키시의 강철 부식 속도는 다카야마시의 10배였다.

블랙 카본은 태양광 흡수율을 높여 지구 온난화를 가속화하고, 눈과 해빙을 녹여 북극 해빙 감소와 해수면 상승에 기여한다.

4.3. 생활 및 사업에 미치는 영향

대기 오염은 직업 및 거주지 선택에 영향을 미친다. 대기 오염이 심각한 지역에서는 전근을 거부하거나, 오염이 덜한 교외 지역을 거주지로 선택하는 경우가 있다.

대기 오염은 관광 산업에도 부정적인 영향을 미친다. 관광객들은 대기 오염이 심한 지역을 여행지로 피하는 경향이 있어, 관광 산업의 기회 손실을 초래한다.

4.4. 실내 공기질에 미치는 영향

실내 환기 부족은 사람들이 많은 시간을 보내는 실내 공간에 공기 오염 물질을 집중시킨다. 실내 공기 오염은 상당한 건강 위험을 초래할 수 있다. 미국 환경보호청(EPA) 보고서에 따르면 많은 대기 오염 물질의 농도는 실외 공기보다 실내 공기에서 2~5배 더 높을 수 있으며, 어떤 경우에는 최대 100배 더 높을 수 있다. 미국 폐협회, 미국 소비자제품안전위원회(CPSC, 2012), 미국 환경보호청(EPA, 2012a)에 따르면 사람들은 최대 90%의 시간을 실내에서 보낸다.

실내 오염 물질에는 석면, 생물학적 인자, 건축 자재, 라돈, 담배 연기, 그리고 나무 난로, 가스레인지 또는 기타 난방 시스템이 포함된다.

라돈(Rn) 가스는 발암 물질이며 특정 지역의 지표면에서 방출되어 집 안에 갇힌다. 카펫과 합판과 같은 건축 자재는 포름알데히드(H-CHO) 가스를 방출한다. 페인트와 용제는 건조될 때 휘발성 유기 화합물(VOC)을 방출한다. 납 페인트는 퇴화되어 먼지가 되어 흡입될 수 있다.

공기 청정제, 향 및 기타 향이 나는 물품을 사용하면 의도적인 공기 오염이 발생한다. 조리용 난로와 벽난로의 통제된 나무 불은 실내외 공기에 상당한 양의 유해한 연기 입자를 추가할 수 있다. 적절한 환기 없이 살충제 및 기타 화학 스프레이를 실내에서 사용하면 실내 공기 오염으로 인한 사망이 발생할 수 있다. 또한 현대식 주방에서는 토스터와 같은 장비가 유해한 입자와 가스를 발생시켜 가장 심각한 원인 중 하나가 되기도 한다.

일산화탄소 중독과 사망은 종종 결함이 있는 환풍구와 굴뚝, 또는 텐트와 같은 밀폐된 공간에서 숯을 태우는 것에 의해 발생한다. 부적절하게 조정된 시험 불꽃조차도 만성 일산화탄소 중독을 초래할 수 있다. 하수 가스와 황화수소가 내부로 들어오지 않도록 모든 가정용 배관에 트랩이 설치되어 있다. 의류는 드라이클리닝 후 며칠 동안 테트라클로로에틸렌 또는 기타 드라이클리닝 용액을 방출한다.

많은 국가에서 사용이 금지되었지만, 과거 산업 및 가정 환경에서 석면의 광범위한 사용은 많은 지역에 잠재적으로 매우 위험한 물질을 남겼다. 석면폐는 폐 조직에 영향을 미치는 만성 염증성 질환이다. 구조물 내 석면 함유 물질로부터 장기간, 다량의 석면에 노출된 후 발생한다. 석면폐 환자는 심한 호흡곤란(숨가쁨)을 경험하며 여러 유형의 폐암에 대한 위험이 증가한다. 세계보건기구(WHO)에 따르면 이는 석면폐, 폐암 및 복막 중피종(일반적으로 매우 드문 암의 형태이며, 더 광범위하게 발생하는 경우 거의 항상 장기간 석면 노출과 관련됨)으로 정의될 수 있다.

생물학적 공기 오염원도 가스와 공중 부유 입자 형태로 실내에서 발견된다. 애완동물은 비듬을 생성하고, 사람은 미세한 피부 조각과 분해된 머리카락에서 먼지를 생성하며, 집먼지진드기는 침구, 카펫 및 가구에서 효소와 마이크로미터 크기의 배설물을 생성하고, 거주자는 메탄을 배출하며, 곰팡이는 벽에 형성되어 마이코톡신과 포자를 생성하고, 에어컨 시스템은 레지오넬라증과 곰팡이를 배양할 수 있으며, 실내 식물, 토양 및 주변 정원은 꽃가루, 먼지 및 곰팡이를 생성한다. 실내에서는 공기 순환 부족으로 인해 이러한 공기 오염 물질이 자연 상태보다 더 많이 축적될 수 있다.

5. 대책 및 저감 기술

대기 오염은 여러 가지 방법으로 줄일 수 있다. 공장, 용광로, 소각로, 발전소 등에서 발생하는 오염은 오염 물질 배출을 막는 장비를 설치하거나, 제조 방법을 변경하거나, 오염 물질을 덜 배출하는 연료를 사용하여 줄일 수 있다. 자동차 매연을 줄이기 위해서는 엔진 조작 방법이나 연료 성분을 바꾸거나, 매연 조절 장치를 설치하는 방법이 있다. 또한, 전기, 메탄올, 천연가스, 증기 등 오염 물질을 적게 배출하는 에너지원을 개발하는 것도 중요하다.

대기 오염의 가장 큰 원인은 화석 연료 연소이며, 주로 자동차 생산 및 사용, 발전, 난방과 관련이 있다. 경유 배기가스(DE)는 미세먼지 대기 오염의 주요 원인 중 하나이며, 급성 혈관 기능 장애 및 혈전 형성 증가와 관련이 있는 것으로 나타났다.

일본에서는 고도 경제 성장기였던 1960년대에 대기 오염이 심각해짐에 따라 관련 연구가 활발하게 진행되었다. 1967년에는 공해 대책 기본법이 제정되어 대기 오염이 규제 대상이 되었고, 1968년에는 대기오염방지법이 제정되었다. 중국에서는 1980년대부터 관련 연구가 시작되었으며, 2001년부터는 주요 도시의 대기질 예보를 TV 방송으로 제공하기 시작했다.

산업혁명 이후 주요 연료는 석탄이었으며, 석탄 연소로 인한 그을음(煤煙)을 포함한 "검은 스모그(black smog)"가 심각한 대기 오염을 유발했다. 초기에는 굴뚝을 높여 오염 물질을 확산시키는 방법이 사용되었으나, 이는 근본적인 해결책이 되지 못했다. 이후 집진 장치와 배기가스 처리 기술이 발전하면서 오염 물질 배출량을 줄이는 데 기여했다.

5.1. 배출 관리

공장, 용광로, 소각로, 발전소 등에서 발생하는 대기 오염은 여러 가지 방법으로 줄일 수 있다. 오염 물질 배출을 막는 장비를 공장에 설치하거나, 제조 방법을 바꾸거나, 오염 물질을 덜 배출하는 연료를 사용할 수 있다. 자동차 매연을 줄이기 위해 엔진 조작 방법이나 연료 성분을 바꾸거나, 매연 조절 장치를 설치할 수도 있다.

* 집진 장치: 입자 형태의 오염 물질이나 매연, 분진을 회수한다.
* 탈황 장치: 황산화물이나 황 성분을 회수한다.
* 탈질 장치: 질소산화물을 회수한다.

이러한 장치들은 오염 물질을 고농도 폐기물 형태로 발생시키므로, 적절한 처리와 유효 이용이 필요하다.

연소 관리 기술을 통해 연료 효율을 높이고 오염 물질 발생을 최소화할 수 있다. 예를 들어, 연소에 사용되는 공기 혼합 비율(공연비)을 적절하게 조절하여 연료를 완전연소시키면 오염 물질을 줄일 수 있다. 연소 온도를 낮추는 것도 질소산화물 감소에 도움이 된다.

5.2. 노후 기술 교체

노후된 기술을 새롭고 깨끗한 기술로 대체함으로써 대기 오염을 줄일 수 있는 경우가 많다.

개발도상국에서는 여전히 요리와 난방에 목재 연료(땔나무, 숯)나 석탄을 사용하는 생활 방식이 있으며, 2015년 시점에서 약 30억 명이 이러한 생활을 하고 있는 것으로 추정되어 대기 오염 및 실내 공기질 오염의 위험을 안고 있다. 보다 효율적인 연료로의 전환이나 연소 장비 도입 등이 오염 저감에 기여한다.

유럽과 북아메리카에서 사용이 다시 확대되고 있는 난로(장작난로)는 석탄 사용 중단, 개선된 인증 제품으로의 교체, 필터 사용, 땔나무나 숯에서 목재 펠릿(펠릿난로)로의 연료 변경, 그리고 목재 연료에서 가스나 전기를 이용한 난방으로의 전환이 배출 감소로 이어진다. 정부의 보조금 등 지원이 이루어지는 사례가 있다. 예를 들어, 알래스카주 페어뱅크스는 미국 폐협회로부터 "가장 오염된 도시"로 인정받을 정도로 대기가 오염되어 있었지만, 장작난로에서 석유, 가스 난방으로 전환하여 오염 저감에 성공했다. 오리건주 포틀랜드에서는 장작난로를 전기식 히트펌프로 교체하도록 권고하고 있다.

5.3. 산림의 효과

숲은 다양한 지형과 식생에 비해 표면 거칠기가 크고, 안개 등으로 인해 나뭇가지와 잎이 젖는 경우가 많아 대기 중의 대기 오염 물질을 흡착하는 효과가 크다. 이러한 흡착은 일종의 필터 역할을 수행하여 대기를 정화한다. 따라서 적절한 산림 관리는 화전이나 땔감용 나무의 과도한 벌채를 막아 대기 오염을 줄이는 데 기여한다.

하지만, 오염 물질의 흡착이 지나치면 식물 자체가 피해를 입을 수 있다. 또한, 식물이 자체적으로 배출하는 이소프렌이나 터펜류와 같은 생물성 휘발성 유기화합물(BVOC)도 광화학 반응을 통해 오존이나 유기 에어로졸과 같은 오염 물질로 변할 수 있다는 점도 주의해야 한다.

도시에서는 오염 발생지와 주거지 사이에 녹지 공간을 조성하여 오염 물질을 줄일 수 있다. 녹화를 통해 조성된 녹지대나 공원 등은 "완충 녹지" 역할을 수행한다. 이러한 완충 녹지는 분진이나 입자상 물질을 가라앉히고, 이산화탄소를 비롯한 기체들을 흡수하는 효과를 가진다. 장(2002년)의 연구에 따르면, 베이징에서 나무가 드문드문 심어진 숲 형태의 녹지대를 통과하는 대기의 분진 감소율은 여름철에는 61%에 달했지만, 겨울철에는 약 20%로 감소했다.

그러나 녹지대의 식물, 토양, 수질은 오히려 오염될 수 있으므로, 근본적으로는 오염 물질의 총 배출량을 줄이는 것이 가장 효과적인 대기 오염 대책이다.

5.4. 교육

환경 교육은 대기 오염 문제에 대한 사람들의 인식을 높이고, 친환경적인 생활 습관을 유도하는 데 중요한 역할을 한다.

5.5. 공기 질 정화

개인은 공기청정기를 설치하여 실내 오염을 줄일 수 있다. 오염이 심각한 지역에서는 숙박 시설 등에서 공기청정기 제공이 중요한 서비스 중 하나가 되기도 한다.

도시 이상의 규모에서는 "Smog tower" 또는 "Air purifier Tower"라고 불리는 대규모 공기 정화 시설을 설치하는 경우가 있다. 중국과 인도의 사례가 유명하다. 이들은 도시 지역에 설치되며, 실제로 어느 정도 효과가 있다고 알려져 있다. 그러나 가동을 위한 전력이 석탄 등의 연료에 의존하고 있기 때문에, 도시 외곽 지역에서는 오히려 오염이 심해진다는 비판도 존재한다.

5.6. 교통 계획

총 배출량 감소를 위해서는 도시 개발 단계에서 지하철이나 철도와 같은 환경 부하가 낮은 대중교통과 자전거와 같은 배기가스를 배출하지 않는 경차량의 교통을 원활하게 하기 위한 자전거 전용도로 등 도로망 정비를 도시 계획 단계에서 미리 고려하는 것도 중요하다. 이는 그물처럼 잘 정비된 고속도로망과 교외형 주택지, 그리고 열악한 대중교통 사정이 결합된 결과, “사실상 자동차가 없으면 도시 내 이동이 어렵다”는 상황이 발생하여, 역사상 가장 빨리 자동차 배기가스에 의한 “흰 스모그” 발생에 시달렸던 로스앤젤레스의 도시 계획 실패 사례를 교훈으로 삼는 것이다.

화석연료 차량 단계적 폐지는 지속 가능한 교통으로의 전환의 중요한 요소이다. 그러나 전기 자동차와 같은 유사한 인프라 및 설계 결정은 생산뿐만 아니라 다량의 필요한 배터리에 대한 채굴 및 자원 개발과 재충전을 위한 에너지와 마찬가지로 유사한 오염과 관련될 수 있다.

6. 규제

일본에서는 고도 경제 성장기였던 1960년대에 대기오염이 증가함에 따라 연구가 활발히 진행되었다. 1967년 공해 대책 기본법이 제정·시행되면서 대기오염은 '전형적인 7대 공해' 중 하나로 규제 대상이 되었고, 1993년 환경 기본법으로 계승되었다. 1968년에는 대기오염방지법이 제정되었다.

중국에서는 1980년대부터 연구가 시작되어 2001년에는 47개 도시의 대기질 예보를 TV로 방송하기 시작했다.

산업혁명 이후 주요 연료는 석탄이었으며, 석탄 연소에 따른 많은 그을음(煤煙)을 포함한 "검은 스모그(black smog)"로 인해 대기오염이 심각하였다. 이를 해결하기 위해 그을음 배출을 규제하는 조치가 시행되었다. 초기에는 굴뚝을 높이는 방법이 사용되었으나, 이는 오염 물질을 확산시킬 뿐 근본적인 해결책은 아니었다. 이후 그을음을 회수하는 집진 장치가 개발·보급되고 배기가스 처리 기술이 발전하였다.

녹지대나 공원 등 “완충 녹지”를 녹화하여 분진·입자상 물질을 침착시키고, 이산화탄소를 비롯한 기체를 흡수하여 오염을 줄이는 방법도 있다. 그러나 이는 식물, 토양, 수질에 오히려 오염을 유발할 수 있으므로, 근본적으로는 총 배출량을 줄이는 것이 가장 효과적인 대기오염 대책이다.

6.1. 배출량 규제

총량 규제는 공업 지대와 같이 오염이 심각한 지역에서 대규모 배출원인 공장 등을 대상으로, 해당 지역에서 환경 기준을 달성하기 위해 허용 가능한 각 공장의 배출량을 산정하여 배출량 할당제를 설정하는 방식이다. 대한민국에서는 대기환경보전법에 따라 대기 오염 물질 배출 허용 기준을 설정하고, 이를 초과할 경우 과징금 부과 등의 제재를 가하고 있다.

일본에서는 1972년 미에현(三重県)이 이산화 황(SO₂)을 대상으로 조례를 통해 총량 규제를 도입하였고, 1974년에는 대기오염방지법(大気汚染防止法)에서도 도입하였다. 또한, 일정 규모 이상의 오염 물질 배출이 있는 공장에는 대기 관계 공해 방지 관리자를 두도록 규정하고 있다.

6.2. 국제 협약

대기 오염과 관련된 주요 국제 협약은 다음과 같다.

* 유럽: 1979년 장거리 월경 대기오염 협약(CLRTAP)이 체결되었다. 유엔 유럽 경제 위원회가 사무국 역할을 하며, 이 협약을 기본 틀로 하여 8개의 추가적인 국제 협약이 체결되었다. 1985년 헬싱키 의정서와 1994년 오슬로 의정서는 황산화물 배출량 감소를, 1988년 소피아 의정서는 질소산화물 배출량 감소를 규정한다. 2013년 2월 기준으로 미국과 캐나다를 포함한 51개국이 참여하고 있다.

* 북미: 1991년 미국과 캐나다는 미국-캐나다 대기 질 협정(Air Quality Agreement)을 체결하고 2000년에 개정했다. 이 협정은 황산화물과 질소산화물 배출량 감소를 규정한다.

* 동남아시아: 동남아시아 국가 연합이 사무국 역할을 하며, 2002년 월경 연무 오염 ASEAN 협정(ASEAN Agreement on Transboundary Haze Pollution)이 체결되었다.

* 동아시아: 국제 협정은 없지만, 동아시아 산성비 모니터링 네트워크(EANET)를 통해 국제적인 연구 협력이 이루어지고 있다.

* 선박: 세계적 규모의 해양 오염 방지를 규정하는 마르폴 협약은 1997년 개정판부터 대기 오염 관련 규정을 추가했다. 선박 배출 가스 중 질소산화물과 연료유의 황 함량 기준이 규정되어 있다.

* 항공기: 거의 모든 국가가 가입한 UN 전문 기구인 국제 민간 항공 기구는 항공기 배출 가스 기준을 규정하고 있다.

6.3. 환경 기준

세계보건기구(WHO)는 1987년 유럽지역사무국에서 "Air Quality Guidelines for Europe" (유럽 대기 질 지침)을 제정하여 27종의 물질에 대한 기준을 정했다. 1999년에는 이를 전 세계에 적용할 수 있도록 조정한 "Guidelines For Air Quality" (대기 질 지침)을 발표하였다. 이후 2000년에 37종의 물질 기준을 변경·추가하였고, 2005년에는 4종의 물질 기준을 변경·추가하였다.

WHO 대기질 지침은 건강 영향을 기준으로 설정되었으며, 여러 물질이 혼합된 경우의 상승 효과 등은 고려되지 않았다.

다음은 주요 대기오염물질에 대한 각국의 기준치(µg/m³)이다. ppm 등으로 규정된 것도 환산하여 표시하였다.

1999년, 2000년, 2005년에 발표된 WHO의 '대기질 지침'은 다음과 같다.

7. 대한민국 현황

대한민국은 1960년대 이후 급속한 산업화와 도시화를 겪으며 대기 오염 문제에 직면했다. 1970년대부터 대기오염 방지법 제정, 자동차 배기가스 규제 강화 등 다양한 정책을 추진해왔다.

최근 대한민국의 대기 오염도는 일산화탄소와 탄화수소 배출량은 줄어들고 있으며, 이산화황과 먼지 배출량은 감소와 증가를 반복하고 있고, 이산화질소 배출량은 증가하고 있다. 이산화황 오염도는 울산, 대구, 성남 등 일부 도시와 공단 지역을 제외한 전국에서 해마다 줄어들어 장기 환경 기준치를 넘지 않는다. 그러나 난방 연료 사용량이 증가하는 겨울철에는 오염도가 높아진다. 총 부유 먼지 오염도 역시 줄어드는 추세이나 봄철에는 황사 현상으로 오염도가 높게 나타나며, 미세먼지 오염도는 점점 심해져 대부분 지역에서 환경 기준치를 넘고 있다. 연평균 오존 농도는 대도시 지역의 여름철에 단기 환경 기준치를 넘어서는 경우가 많아 서울, 인천 같은 대도시에서는 오존 경보제를 실시하고 있다.

일본에서는 메이지 초기(19세기 후반)부터 산업에 의한 대기 오염이 발생하기 시작했다. 초기에는 야와타나 가마이시에 제철소가 생기면서 용광로에서 나오는 분진으로 인한 대기 오염이 발생했다. 아시오 광독 사건에서는 수질 오염과 함께 동 정련소에서 배출되는 이산화황이 식물에 피해를 주었다. 베시 동산에서도 정련소에서 나오는 이산화황이 농업 피해를 일으켜 분쟁이 발생했다.

1962년에는 대기오염방지법이 제정되어 게이힌 공업 지대, 한신 공업 지대, 키타큐슈 공업 지대 등 지정 지역의 그을음과 분진 등 규제가 시작되었다. 그러나 이 법률에서는 전력 회사, 가스 회사가 대상에서 제외되었고, 황산화물 문제를 거의 고려하지 않았다.

1970년대를 경계로 집진 장치와 탈황 장치의 개발·보급이 진행되어 분진과 황산화물의 농도는 20년 만에 5분의 1 정도로 감소했다. 2010년 시점에서 황산화물의 농도는 99% 이상의 측정 지점에서 환경 기준을 달성하고 있다. 이산화질소 농도는 1970년대에 감소한 후 정체되었지만, 자동차 배기가스 규제와 도시부에서의 총량 규제 등이 시작된 이후 2000년대부터 완만하게 감소하고 있다.

1970년 7월 18일 도쿄도 스기나미구 등에서 발생한 피해가 크게 다루어진 이후, 주로 자동차 배기가스 중의 탄화수소와 이산화질소에서 유래하는 광화학 스모그가 심각해졌다. 국내 대기 오염 주의보 발표 누계 일수는 1973년에 300일을 넘어 최고조에 달한 후, 1984년에 100일 이하로 감소했지만, 이후 100~200일 전후를 유지, 2000년과 2007년에는 200일을 넘고 있다. 광화학 옥시던트 농도는 2006년부터 2010년까지 5년간 환경 기준을 달성하고 있는 지점이 0.2~0%로 거의 없어, 환경성의 2012년 환경 백서에서도 "여전히 낮은 수준"이라고 언급되었다.

7.1. 중국, 동북아시아로부터의 월경성 오염

대한민국은 중국을 비롯한 동북아시아 지역에서 발생하는 대기 오염 물질의 영향을 받고 있다. 특히 겨울철에는 북서풍의 영향으로 중국발 미세먼지가 유입되어 고농도 미세먼지 현상이 자주 발생한다.

1990년대 대한민국에 침착하는 오염 물질 발생원 분석 결과, 이산화황의 40~50%는 국내, 10~30%는 중국, 10% 정도는 조선반도에서 발생했다. 겨울에는 북서 계절풍의 영향으로 중국에서 배출되는 비율이 전체의 절반 이상으로 증가한다는 분석 결과도 있다. 질소산화물 발생원(1990년대)은 65~75%가 국내, 13~18%가 중국, 10~15%가 조선반도로 추정된다.

2000년 전후부터는 쓰시마 등의 섬과 서일본, 일본해 측 등에서 대륙(주로 중국)에서 월경 수송된 오염 물질이 영향을 주었다고 추정되는 광화학 옥시던트의 고농도 사례가 발생하고 있다.

2010년대 이후 국경을 넘는 오염은 감소 추세이며, 이산화황의 감소 폭이 크다. 반면, 상대적으로 국내에서 전통적으로 행해지던 논밭 태우기에 의한 배출 비율이 증가하고 있다는 보고가 있다.