Identification of Plastic Polymers using Volatile Organic Compounds

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A Tiered Approach for Plastic Type Fingerprinting using Volatile Organic Compounds

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Assessment of Formation Potential of Ozone and Secondary Organic Aerosol of Volatile Organic Compounds in the Yellow Sea

황해로 유입되는 휘발성 유기화합물(VOCs)은 다양한 인위적 및 자연적 과정에서 발생하며, 이는 대기 화학과 기후 변화에 복합적인 영향을 미친다. VOCs는 대기 중 오존과 이차유기 에어로졸의 생성에 중요한 역할을 하며, 해양 생태계에도 영향을 미칠 수 있다. 그러나 황해에서 VOCs의 이동 과정과 특성 변화를 이해하기 위한 실측 연구는 여전히 부족한 상황이다. 본 연구에서는 이러한 문제를 해결하기 위해 2019년부터 2022년까지 한국해양과학기술원의 대형 연구선에 가스상 분석 장비를 탑재하여 황해 해역에서 VOCs를 포함한 다양한 대기 성분(NO, NO2, SO2, O3, CO)을 4차례에 걸쳐 집중적으로 측정하였다. 측정된 데이터를 분석하여 VOCs의 공간적 분포 및 시간적 변화를 확인하였으며, BTEX 농도, OFP, SOAFP와 경도 변화 간의 선형 회귀 분석을 수행한 결과, 경도 124.5˚를 기준으로 서쪽으로 이동할수록 농도가 증가하는 경향을 보였고, 경도 122.5˚에서 평균 농도는 최고값을 보였다. 또한, 대기 중 가스상 오염물질과 VOCs의 상호작용을 분석한 결과, BTEX의 OFP와 오존, SOAFP와 PM2.5 사이에 높은 상관관계가 있었다. 역궤적 모델을 통해 VOCs 배출원의 특성도 파악하였다. 본 연구는 황해에서 VOCs의 역할을 보다 명확히 이해하고, 대기 화학 및 기후변화 모델의 정확성을 향상시키는 데 기여할 것으로 기대된다.2

Development of analytical method for reduced sulfur compounds in the marine atmosphere using SIFT-MS

환원황화합물(Reduced sulfur compounds; RSCs)은 산화반응을 통해 최종적으로 에어로졸 형태의 황산염으로 존재하고 강수의 산성도, 지구복사량 변화에 직간접적인 영향을 준다. 자연 기원의 RSCs는 약 84.5%가 해양에서 방출되어 해양대기 중 에어로졸 생성에 중대한 기여를 하기 때문에 현장 실시간 측정법 개발이 필수적이다. Selected ion flow tube mass spectrometry (SIFT-MS)는 실시간으로 황화합물의 농도를 측정 할 수 있지만, 미량농도 측정을 위해선 적절한 운용조건을 고려해야한다. 본 연구에서는 표준가스(sulfur 5-component mix, 1 ppm), 고순도 Air 및 질소, 탄화수소 및 수분 트랩을 이용해 SIFT-MS의 정도관리와 RSCs 분석법 개발을 진행했다. 검정곡선 작성 전, 희석가스의 바탕농도를 네 가지 조건(질소, 질소+트랩, Air, Air+트랩)에서 비교했다. Air+트랩의 농도가 평균 0.84 ppb로 가장 낮았고, 가스종류 및 트랩사용 여부별로 농도를 비교한 결과 Air+트랩과의 상대적인 농도차이가 대체로 컸다. 이는 가스 내 불순물의 상대적인 양과 불순물이 분석물질 농도에 미치는 영향을 보여준다. 검정곡선의 기울기는 0.99-1.77, 결정계수는 0.99-1로 우수했지만 LOD는 0.06-0.71 ppb로, 상대적으로 RSCs의 농도가 높은 연안에서의 사용이 적절 하다고 판단된다. 차후 다양한 환경에 SIFT-MS가 사용되기 위해서는 불순물 외 다른 사항들을 고려하여 적절성을 평가할 필요가 있다.2

Data Recycling of R/V-Based Ocean-Atmospheric Research - Focused on Ship Emission Factors

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2020년 부산 항만 지역 입자상 대기 오염물질의 물리·화학적 특성 및 계절적 변화

2016년 네이처에 따르면 우리나라 부산항은 홍콩, 싱가포르, 상하이 등 세계 주요항만과 함께 세계 10대 초미세먼지 오염 항만으로 선정되었다. 국가미세먼지정보센터의 국내 대기오염물질 배출량 통계(2017년)에 따르면 초미세먼지 배출원 중 비도로이동오염원은 16%를 차지하고 있으며, 그 중 선박이 약 50%에 달하는 배출량을 보이고 있다. 특히 부산지역의 경우 초미세먼지 배출원 중 비도로이동오염원이 50%를 차지하고 있으며, 그 중 선박의 배출량은 75%에 달하는 것으로 보고되고 있다. 이에 따라 본 연구는 부산 항만 지역의 입자상 대기 오염물질의 실시간 측정을 통해 항만 지역에서 발생되는 미세먼지의 물리·화학적 특성과 계절적 변화 특성을 파악해보았다. 수집된 기상 및 화학분석 자료를 토대로 항만지역의 미세먼지 발생과 관련해 오염원별 기여도를 확인해보았다. 관측은 부산시에 위치한 북항에서 2020년 2월, 5월, 8월, 11월에 걸쳐 연간 4회 계절별 집중조사를 실시하였다. 고분해능 비행시간 에어로졸 질량분석기(HR-ToF-AMS)를 활용해 입경 1 ㎛ 이하 입자상 물질들(PM1.0)의 화학조성 및 질량농도를 실시간 관측하였고, 전자기유도입자계수기(SMPS)를 통해 입자상물질들의 입경분포를 측정하였다. 그 외 입경 2.5 ㎛(PM2.5), 10 ㎛(PM10) 이하 입자상 물질의 농도 및 블랙카본의 농도 관측을 위해 DustTrak과 Aethalometer가 활용되었다. 부산 항만지역에서 PM10과 PM2.5의 농도는 겨울철에 각각 35.2 μg/m3, 26.7 μg/m3로 높은 특징을 보여주었으며, PM1.0의 경우 여름철에 14.5 μg/m3로 높게 관측이 되었다. 특히 여름철 PM10과 PM2.5에서 PM1.0이 차지하는 비율은 각각 50.2 %, 75.9 %로 미세먼지에서 1 μm이하의 초미세 입자 상 물질이 차지하는 비중이 매우 높음을 알 수 있다. PM1.0을 구성하는 물질의 화학조성에서 블랙카본의 농도는 연평균 2.29 ± 0.24 μg/m3 로 항만 지역에서 연간 높은 농도로 배출됨을 확인하였다. PM1.0의 화학조성 중 유기성분은 평균적으로 가장 큰 비중(36.9 %)을 차지하였으며 여름철의 경우 황산염이 크게 증가(35.0%)된 특징을 보여주었다. 질산염은 가을과 겨울철에 상대적으로 높게 관측이 되었고, 암모늄염은 여름철에 상대적으로 높게 관측되었다. Conditional Probability Functions(CPF) 모델링을 통해 항만지역에서 측정된 대기오염물질의 거동 특성을 파악한 결과 입자상 물질의 구성 성분에 따라 지역적 발생 특성과 주변 지역에서 유입되는 특징이 서로 다르게 나타남을 확인할 수 있었다. 이러한 실측에 기반한 결과는 항만 지역의 미세먼지 배출원 및 배출 실태에 대한 과학적 근거자료이자 이동 및 확산과 같은 거동평가 모델링을 위한 기초자료로써 항만 지역의 오염물질 배출저감·관리정책에 중요하게 활용될 수 있을 것으로 기대된다.2

Development of Ship Emission Factor Estimation Methodology through Real-time Measurement of Air Pollutants Emitted under Actual Operating Conditions

선박 배출가스는 해안 지역의 대기 질 악화와 전 지구적 온실가스 배출에 크게 기여하며 황산화물(SOX), 질소산화물(NOX), 미세입자(PM), 탄화수소(HC)가 포함된다. 선박을 통한 국제 무역량의 증가로 인해 선박 배출가스는 사회적인 문제로 인식되고 있으며, 지난 50년 동안 이산화질소(NO2)와 이산화탄소(CO2)의 선박기인 배출량은 5.4에서 21.4 Tg, 187에서 813 Tg으로 크게 증가하였다. 최근연구에 따르면, 선박 배출가스는 초미세먼지(PM2.5)의 증가에도 기여하며 항만지역 주변의 거주민들의 심폐질환 및 폐암으로 인한 조기 사망을 유발한다. 현재 국제무역의 90% 이상이 선박 운송이며, 한국은 지리적인 특성 때문에 99.7% 이상의 국제물류가 선박에 의존하고 있다. 선박 배기가스 배출량 정량을 위해서는 정확한 배출계수의 산정이 요구된다. 현재 국내에서 제공하는 배출계수 부분에서 선박부분은 다른 부분(차량, 연료연소, 산업)에 비해 세분화 되어 있지 않으며 유럽의 EMEP/CORINAIR 배출계수를 기반으로 하여 외항선과 내항선의 배출계수만 제공하고 있다. 일반적인 선박 배출가스를 측정하는 방법으로는 크게 세 가지가 있으며 해안지역의 고정정점에서 풍향에 따른 선박 배출가스 측정, 선박 엔진 연소실험, 실 주행 선박에 관측 장비를 장착하여 직접 측정하는 방법이 있다. 하지만 고정정점 측정은 지역적 배출에 의한 영향과 받을 수 있고, 선박엔진 연소실험은 선박의 실 주행 조건배출을 고려할 수 없다는 단점이 있다. 본 연구에서는 2019년 4월부터 2021년 3월까지 실시된 총 9회의 연구선 운항(이어도호, 온누리호, 이사부호)에 대기 관측 장비를 선박에 장착하여 실시간 측정을 실시하였다. 관측장비 및 관측항목은 HR-ToF-AMS(PM1.0내 화학조성), SMPS(입자수농도), Aethalometer(블랙카본), Dusttrak(PM10, PM2.5 농도), SIFT-MS(VOCs), CRDS(CO2, CH4, H2O), AQMS(NO, NO2, SO2, O3, CO) 등이다. 기상관측장비의 상대풍향자료와 연료연소의 추적자인 CO2 농도를 기반으로 선박배기가스와 해양대기 자료를 분리하였다. 배출계수는 차량과 선박에서 많이 사용되고 있는 연료연소 기반 탄소수지법(carbon balance)으로 산정하였다. 일반적으로 연구선을 이용한 해양대기 연구에서는 선박배기가스 자료는 오염된 자료로 분류되어 분석에서 제외되지만, 본 연구에서는 이 자료를 이용하여 실 주행조건 선박의 배출가스 특성과 배출계수 산정 방법을 개발하였다. NOX, SO2, CO, ∑VOCs의 배출계수는 각각 20.4±5.25, 1.00±0.46, 6.14±2.36, 1.16±0.30 g·(kg·fuel)-1이며, 입자의 경우 네 가지 모드(Nucleation, Aitken, Accumulation, Coarse)로 구분하여 각각의 배출계수를 산정하였고 Aitken모드에서 2.09E+15±1.56E+15 #·(kg·fuel)-1로 가장 높은 배출을 나타냈다.2

항만지역 가스상 대기오염물질 발생 및 거동특성 연구

부산 대기환경은 초미세먼지(PM2.5) 및 오존 등 이차 대기오염물질이 문제가 되고 있다. 특히, PM2.5의 연평균 농도는 25.3 ㎍/㎥로 국내 대도시 중 최고 수준이며, 세계보건기구의 권고치(10 ㎍/㎥)보다 2.5배가 높다. 부산시 PM2.5의 오염원별 배출 기여도는 CAPSS 배출량 기준 비도로오염원이 50%였으며, 이중 선박활동에 의한 기여도가 75%로 큰 비중을 차지하고 있다. 최근까지 국내 미세먼지 저감을 위한 다양한 정책에도 불구하고 부산항의 오염 현황, 배출원, 배출량 및 이로 인한 영향 등에 대한 기초자료는 부족한 실정이다. 본 연구에서는 부산항내 선박, 항만 내 하역 및 수송활동, 시설에서 발생하는 가스상 대기오염물질의 발생 및 환경 내 거동특성을 파악하기 위해 2020년 2월부터 2021년 2월까지 이동실험실을 활용하여 부산항 대표정점 3 곳에서 계절별로 동시관측을 실시했다. 기후변화 물질은 CRDS(CO2, CH4)로, 이차생성미세먼지 가스상 전구물질은 SIFT-MS(VOCs)와 AQMS(NO, NO2, SO2, CO, O3)를 사용하여 실시간 관측하였다. 부산항에서 관측된 기준성 대기오염물질의 농도는 계절별로 겨울철이 높게 측정되었으나, 오존의 경우는 여름철에 높았다. VOCs는 관측기간 중 여름철에 가장 높게 측정되었으며, 오존생성기여율(MIR) 계산결과 알데하이드 그룹이 높은 비중을 차지하였다. VOCs/NOx 비는 여름철에 6 이상으로 계산되어 NOx 제한 환경의 특성을 보여 오존을 저감시키기 위해서는 NOx 저감정책이 효과가 있을 것으로 예측되었다. 이차유기에어로졸생성잠재력(SOAFP)을 평가하기 위해 개별 VOCs 화합물의 기여도를 계절별로 계산하였으며, CPF모델을 이용하여 가스상 오염물질의 오염원을 추정하였다.2

A Study on the Ecosystem-based Air-Sea Interaction: the Ecosystem Engineering Technologies for Net-Zero

최근 미국한림원(The National Academies of Sciences, Engineering and Medicine)에서는 파리협정의 1.5℃ 목표달성 이후에도 지속될 수 있는 기후위기에 대한 우려로 지구공학기술 보고서를 제출했으며, 의회 의결을 거쳐 연구예산 확보와 함께 관련연구가 본격적으로 진행될 예정임. 태양 복사관리기술(Solar Radiation Management, SRM)과 이산화탄소제거기술(Carbon Dioxide Removal,CDR)을 바탕으로 지구공학기술을 이용한 지구온난화 대응기술들의 타당성이 본격적으로 검토되고있으며, 일부 기술들의 경우 현장 테스트가 진행 중임. 이와 함께 SRM과 CDM의 주요 기술들이 해양기반이며, 지구적 규모의 실행 특성상 예기치 못한 환경적 부작용이 우려되어 국제기구를 통 한국제공동연구의 필요성 또한 부각되고 있음. 이에 따라 국내에서도 이산화탄소 흡수, 생물탄소펌프, 해양 에어로졸 등 해양의 능동적인 기후조절 역할에 대한 이해를 바탕으로 알베도증진, 해양시비, 인공용승, 해양알칼리화 등의 지구공학기술들에 대한 선제적인 연구개발이 요구되고 있음. 특히, 우리나라가 국제적인 경쟁력을 가진 조선 및 해양플랜트산업과의 결합을 통해 기후위기 시대의 미래 먹거리 창출도 기대할 수 있기 때문에, 산학 연 공동의 노력이 필요한 분야이기도 함. 본 연구에서는 최근 연구가 활발히 진행 중인 해양기반 지구공학기술들을 소개하고, 정책적, 경제적 측면의 타당성 검토 및 향후 실증 연구 방안을 제안하고 자 함.한국해양과학기술

Biogeochemical cycling and marine environmental change study

최종 목표 ○ 연안환경, 우리바다, 인도양에서 생지화학순환을 이해하고 해양환경 변화를 탐지하는 기술을 구축하여 당면한 환경문제를 해결하는 방안을 제시함 연구 내용 ○ KIOST 장기 모니터링 시스템 및 이를 통한 동해와 남해 대기/물리/화학/생물 시계열 관측자료 ○ 제주 연안 오염원 및 외래기원 환경교란물질 탐지 및 이동경향 분석 ○ 동해와 황해에서 탄소와 미량원소/동위원소 생지화학 순환 연구 ○ 해양 방사능 사고 대응 관측 및 모델 정보제공 기술지원 체계 구축 ○ 인도양 다매체 해양 프로세스 이해 연구개발성과 ○ 지역해에 최적화된 해양환경변화 탐지기술 개발 ○ 제주도 연안에서 일어나는 현안문제 해결방안 제시 ○ 인도양 쌍극진동 변동과 물질순화 기작 및 생태계 반응이해 ○ 해양 방사능 사고대응 기술지원 체계 운용 메뉴얼 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과 ○ 광역-국지적 규모의 환경유해 인자 조기 탐지 기술 및 예보 기술 확보 ○ 유관기관에 해양환경변화 탐지 및 예측 자료를 제공하여 피해저감 활동 지원 ○ 한반도 주변해역에서 기후변화/환경변화/인위적 오염증가에 따른 해양환경 변동이해 ○ 주변해와 대양간의 상호연관성 파악 및 미래기후 변화 예측 능력 향상 ○ 일본 방사능 오염수 방출 계획 실행 시 정부차원의 대응 지원 ○ 국제인도양탐사 프로그램(IIOE-2) 참여 및 인도양 변동 특성 이해에 기여 ○ GEOTRACES 프로그램 참여를 통한 대양연구 선도 기관으로 국제 인식 개선한국해양과학기술