질소산화물

질소산화물(NOx)은 질소와 산소의 화합물이다. NOx(낙스)라고도 한다. 질소산화물은 연소 과정에서 공기 중의 질소가 고온에서 산화되면서 발생한다. 대표적으로 자동차, 항공기, 선박, 산업용 보일러, 소각로, 전기로 등이 질소산화물의 배출원으로 꼽힌다.

개요

질소산화물은 사업장에서 연료를 태울 때 배출되거나 자동차 배출가스에 포함된 대기오염물질로 주로 이산화질소(NO₂) 형태로 나온다. 특히 그 자체로서의 독성뿐만 아니라 햇빛의 광화학반응을 통해 미세먼지 및 오존 등을 생성한다. 공기 중에 있는 질소산화물 중 가장 주요한 형태는 일산화질소와 이산화질소이며, 이 둘을 합쳐서 NOx로 표현하기도 한다. 자동차의 엔진 등의 내부에서는 매우 높은 온도가 형성되기 때문에 배기가스가 질소산화물로 방출된다.

일산화질소와 이산화질소는 대류권에 있는 오존의 형성과 파괴에 있어 중요한 역할을 하며, 특히 이산화질소는 인체에 유해하며 고농도 아래에서는 폐기종(肺氣腫)·기관지염 등 호흡기 질환의 원인이 된다.

2014년 기준 질소산화물 총 배출량은 114만톤으로 수송분야 65만톤(57%) > 산업분야 40만톤(35%) > 생활분야 9만톤(8%) 순이었다. 전체 질소산화물 배출량은 2010년 106만톤 →2012년 108만톤 →2014년 114만톤으로 최근 5년 사이 지속적인 증가 추세를 보이고 있다. 산업분야 질소산화물 배출량 역시 증가 추세로 에너지산업 연소 및 제조업 연소 분야의 증가가 높은 편이다. 특히, 질소산화물은 먼지⋅황산화물(배출허용기준 대비 30%) 등 다른 오염물질에 비해 배출허용기준 대비 배출 수준(70~85%)이 높은 편이다.

한편 정부는 2018년 12월 24일 국무회의를 통해 질소산화물에 kg당 2,130원의 대기배출부과금을 매기는 내용의 '대기환경보전법 시행령' 개정안을 의결했다.

질소산화물의 생성

공기 중에 있는 질소산화물 중 가장 주요한 형태는 일산화질소와 이산화질소이며, 이 둘을 합쳐서 NOx로 표현하기도 한다. 질소산화물은 주로 공기 중에서 질소가스(N₂)가 분해되어서 생성된다. 질소가스를 구성하는 두 개의 질소 원자는 아주 강하게 결합하고 있기 때문에 그것을 원자상태로 쪼개는 것은 쉽지 않다. 몇몇의 박테리아의 경우 질소가스를 분해하는 특별한 메커니즘을 개발했고, 매우 높은 온도를 가하면 역시 그 질소원자의 결합을 깰 수 있다. 자동차의 엔진 등의 내부에서는 매우 높은 온도가 형성되기 때문에 배기가스가 질소산화물로 방출된다. 바이오매스(biomass)가 연소되거나 번개가 생성될 때도 질소산화물이 만들어진다. 자동차 엔진에 화학적 변환기를 장착하면 형성되는 질소산화물의 양을 줄일 수 있다.

종류

질소산화물은 7종류가 알려져 있는데 공해 문제에서 중요한 것은 일산화질소(NO), 이산화질소(NO₂)이다.

• 일산화질소(NO, Nitric oxide)
• 이산화질소(NO₂, Nitrogen dioxide)
• 일산화이질소(N₂O , Dinitrogen monoxide)
• 삼산화이질소(N₂O₃, Dinitrogen trioxide)
• 사산화이질소(N₂O₄,Dinitrogen tetroxide)
• 오산화이질소(N₂O₅, Dinitrogen pentoxide)

질소산화물의 영향과 역할

질소산화물은 공기 중에서 일어나는 여러 화학반응에서 중요한 역할을 한다. 질소산화물의 또 다른 형태인 질산기(NO₃)는 어두운 곳에서 형성되는데 이것이 밤에 대기에서 일어나는 화학반응을 조절한다. 질소산화물은 물과 반응하여 질산(HNO₃)을 만드는데 이는 산성비의 주요원인이 된다. 산성비로 인해 질소산화물은 침전되거나 비에 씻겨 내림으로써 공기 중에서 질소산화물을 제거하는데 핵심적인 역할을 한다. 질산은 극지방 성층권에서 구름의 입자가 되기도 한다. 이 구름입자는 물과 질산이 섞인 것으로 NAT(Nitric Acid Trihydrate)라고 불리며 극지방의 오존층을 파괴하는 하나의 원인으로 알려져 있다.낮 동안 일산화질소와 이산화질소는 서로 평형상태에 있다. 일산화질소와 이산화질소의 비율은 햇빛과 오존에 의해 결정되는데 햇빛은 이산화질소를 일산화질소로 바꾸고 오존은 그 반대의 역할을 한다. 일산화질소와 이산화질소는 대류권에 있는 오존의 형성과 파괴에 있어서 중요한 역할을 한다.

연소에 의하여 발생하는 것은 주로 일산화질소인데, 이것이 대기 중에 방출되면 산화되어 이산화질소가 된다. 이산화질소는 인체에 유해하며 고농도 아래에서는 폐기종(肺氣腫) ·기관지염 등 호흡기 질환의 원인이 된다. 일산화이질소는 미생물에 의한 분해과정 동안 형성된다. 이것은 주요한 온실가스이지만 대류권에서는 반응하지 않고 성층권에서는 오존을 파괴한다. 암모니아(NH₃)는 대기 중의 가장 중요한 염기가스이다. 주로 동물 배설물 등으로부터 발생하며 질산과 같은 산성물질과 반응하여 에어로졸(aerosol) 입자를 형성한다.

참고자료

• 〈질소산화물〉, 《두산백과》
• 〈질소산화물〉, 《시사상식사전》
• 김정문 기자, 〈질소산화물(NOx)〉, 《에코타임스》, 2020-05-06

같이 보기

• 질소
• 산소
• 바이오매스
• 배기가스
• 질산

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