[영상-도시철도 미세먼지 좌담회] "해외 수입 의존하는 필터, 국산화 절실"

미세먼지 농도, 본선 터널이 外氣 대비 4배 높아...내부정화·외부유입차단 병행 필요

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장병극 기자
기사입력 2020-04-21 [11:54]

 

[철도경제-장병극 / 임민주 기자] 지난해 정부가 미세먼지를 '국가적 재난'으로 선포하고 약 1조원에 달하는 추가경정예산을 편성할만큼 환경문제에 있어 중대한 사안으로 부각되고 있다. 특히 도시철도는 상대적으로 밀폐된 지하공간에 위치해 있다.

 

따라서 외부로부터 유입되는 미세먼지뿐만 아니라 열차 운행 중 터널 내부에서 발생하는 오염원도 효과적으로 차단해야 한다. 환기·정화시스템의 정밀한 설계와 관리가 중요한 이유이다. 국토매일은 운영기관 및 대학·연구원 등 분야별 전문가와 함께 도시철도 미세먼지에 대응할 수 있는 방안을 모색하는 시간을 가졌다.

 

백용태 본지 주간= "미세먼지 발생 근원인 본선 터널 관리체계 기술로 접근"

황정호 연세대학교 교수= "도시철도 미세먼지 대응은 해외보다 한발 앞서"

박덕신 한국철도기술연구원 수석연구원=

                               "운행시간에도 사용 가능한 Active 장치 개발, 공간별 데이터 구축 필요"

조진환 서울교통공사 보건환경처장= "미세먼지 저감 설비, 장기적 측면에서 유지·비용 고민해야"

 

▲ 백용태 본지 주간  © 철도경제

백용태 주간= 지하역사의 승강장과 대합실의 미세먼지를 관리하기 위해서는 체계적인 시스템을 구축하는 등 종합적인 계획을 마련할 필요가 있다. 현재 도시철도 미세먼지 관리에 있어 가장 화두가 되고 있는 부분은 무엇인지?

 

조진환 처장= 전국적으로 도시철도 운영기관은 평균 심도 20m 깊이의 지하역사를 운영하고 있다. 대합실과 승강장 등의 평균 미세먼지(PM10) 농도는 60㎍/m3 수준인 것으로 알려져 있다. 서울은 74㎍/m3 정도로 타 지자체보다 약 15% 정도 높다.  승객들이 계단→대합실→승강장→지하철 객실로 이동하기까지 지하역사에 체류하는 시간은 평균 10분 정도이다. 이용객에게 노출되는 '10분'에 대한 섬세한 관리가 필요하다.

 

금년 4월부터 시행된 '실내공기질 관리법'에 따라 승강장에도 (초)미세먼지를 저감할 수 있는 공기청정기를 의무적으로 설치해야한다.  또한 작년 7월부터 미세먼지 관리 기준이 강화됨에 따라 PM10은 150㎍/m3에서 100㎍/m3으로, PM2.5는 50㎍/m3으로 관리해야한다. 서울교통공사는 관련 기준에 따라 미세먼지를 관리할 수 있도록 국비를 지원받아 각 역별로 초미세먼지측정기뿐만 아니라 1개역 당 평균 16개의 공기청정기를 설치하고 있다. 금년 말까지는 초미세먼지측정기·공기청정기 설치 사업을 완료할 예정이다. 공기청정기를 설치할 경우 약 15% 정도 미세먼지 저감효과가 있다. 외기의 오염정도를 감안하면 20% 저감한다고 볼 수 있다.

 

물론 공기청정기를 많이 설치하면 저감 효과도 크겠지만 문제는 유지관리비용이 점점 커진다는 것이다. 기본적으로 3단 필터로 구성되는데 주기적으로 교체해줘야 한다. 연간 유지보수비용으로 약 20억원 정도가 소요될 것으로 예상하고 있다. 운영기관 입장에서는 교체주기를 최소화할 수 있는 필터를 개발하는 것도 중요하다.

 

지하역사의 미세먼지 관리는 현재 지하터널과 외부로부터 유입되는 공기를 내부에서 정화시켜서 미세먼지 농도를 낮추는 전략을 적용한다고 볼 수 있다. 하지만 이는 단기적인 처방일 수 있다. 근본적으로는 내부 정화방식을 넘어 오염된 공기의 유입을 차단하는 전략을 수립할 필요가 있다. 즉 지하역사 출입구로부터 유입되는 외기를 차단하고 지하철이 운행하는 지하터널로부터 유입되는 오염된 공기도 차단할 수 있어야 한다. 

 

지하역사의 환기설비 개량도 시급하다. 전국 도시철도의 노후화가 빠르게 진행되고 있는데 환기설비도 예외가 아니다. 기존 설비에는 미세먼지를 걸러낼 수 있는 설비가 매우 부족한 실정이다. 환기설비를 대대적으로 보강해야하는 이유이다. 미세먼지 저감 효과가 높은 허니콤 구조 필터가 있다. 작년에 서울글로벌챌린지에서도 검증된 미세먼지 저감기술이다. 서울교통공사에서 이 기술을 상수역에 시범 적용·설치한 결과 50% 정도의 저감 효과가 있는 것으로 나타났다. 올해 11개 역사로 확대·설치할 계획이다.

 

▲ 연세대학교 황정호 교수  © 철도경제

황정호 교수= 지하역사의 미세먼지를 관리하기 위해서는 공기청정기도 설치해야하고 환기설비 내부에도 미세먼지를 저감할 수 있는 필터가 필요하다. 물론 최신의 기술을 적용한 고성능의 필터를 사용하면 좋겠지만 문제는 재원이다. 투자비용 대비 효율성도 동시에 고려해야 한다. 

 

초미세먼지를 거를 수 있는 헤파필터는 사실 환기설비에 사용하기 어렵다. 오히려 산소의 공급이 원활하게 이루어지지 않아 이산화탄소 농도를 높일 수 있기 때문에 환기설비가 가진 본래 기능을 상실하게 될 수 있다. 많은 사람들이 초미세먼지의 문제점에 대해서는 언급하고 있지만 정작 기술에 대해서는 가볍게 여기는 경향이 있는 것 같다. 아쉬운 부분이다.

 

한마디로 좋은 필터는 바람이 잘 통하면서도 먼지를 잘 걸러낼 수 있어야 한다. 사실 국내의 필터관련 기술은 열악하다. 필터에 들어가는 파이버(섬유)가 국내에서 없어서 대부분 중국에서 들여오고 있다. 기술 개발을 위해서는 당연히 투자가 필요한데 가정용 공기청정기의 사이즈를 확대해 대용량으로 만들면 되는 것 아니냐고 단순하게 생각한다. 가정용 공기청정기와 다중 이용시설에서 설치하게 되는 대용량 공기청정기는 기술적으로 차이가 크다. 

 

초미세먼지측정기 역시 기술 개발이 필요한 것은 마찬가지이다. 비용적으로만 보면 몇 만원 내외의 측정기부터 수 천만원을 호가하는 제품까지 다양하다. 물론 국내산도 있지만 성능이 우수한 제품은 대부분 해외제품이다. 해외제품은 가격이 비싸기 때문에 구매자 입장에서는 부담되는 것이 사실이다. 초미세먼지측정기도 정부에서 꾸준히 투자해 R&D사업을 펼쳐 나간다면 우수한 성능을 갖춘 국내제품을 생산할 수 있을 것이다. 이를 위해서는 과감한 투자가 필요한데 조급하게 결과물만 만들어내기를 원하다보니 제대로 된 기술을 개발하기가 어려운 여건이다.

 

박덕신 연구원= 도시철도 미세먼지 저감을 위한 대용량 공기청정기나 초미세먼지측정기 등 장비도 국내에서 꾸준한 기술 개발이 이루어져야 하는데 문제는 비용과 시간이다. 기업 입장에서는 입찰에서 우위를 확보하기 위해서 단가를 낮추어야 하고 발주처가 원하는 기술도 가지고 있어야 한다. 그런데 기술을 향상시키기 위한 시간이 절대적으로 부족하고 정부 차원에서 기술개발을 위한 투자도 여전히 부족한 것이 아닌가 생각된다. 

 

한국철도기술연구원에서는 2009년부터 정부가 출연한 도시철도 공기질 개선 연구단을 운영하고 있다. 연구단 설립 당시만 해도 사회적 관심이 전무하다시피 했다. 최근에 미세먼지가 화두가 되면서 연구성과가 조명을 받고 있고 일부 기술은 현장에 적용되고 있다. 도시철도 미세먼지는 크게 승강장 및 대합실에 유입되는 미세먼지 그리고 터널 내부에서 발생하는 오염원와 이들 공기의 흐름 등을 체계적으로 측정하고 분석할 수 있어야 한다. 

 

미세먼지의 발생원 및 유입·이동되는 양상 등을 차근차근 파악하고 도시철도 공간에 적합한 최적의 기술을 개발하는 것이 중요한데 성과에 급급한 나머지 단기 처방식으로 해결하려는 것은 아닌지 우려스럽다. 특히 도시철도 공간에서 단지 미세먼지 '농도'에만 너무 집중하는 것 같다. 다시말해 수치만 낮추면 된다는 식이다. 

 

물론 결과적으로 수치를 낮추는 것이 목적이겠지만 이것을 달성하기 위해서는 도시철도를 이용할 때 공간별로 인체에 노출되는 시간, 즉 대합실·승강장·객실별로 어느 공간에 얼마나 머무르는지 파악하고 (초)미세먼지에 얼마나 노출되는지 판단한 후 대안을 도출해야한다. 각 역사별로도 구조의 차이가 있기 때문에 대응방식이 다를 수 있다. 다시 말해 현장의 충분한 데이터가 확보되어야만 최대한의 효율을 발휘할 수 있는 미세먼지 저감 시스템을 구축할 수 있는 것이다. 시간이 오래 걸리는 사업이라고 할 수 있다. 

 

백용태 주간= 도시철도 미세먼지 관리에 있어 외기의 유입을 효과적으로 차단하는 것도 중요하지만 내부에서 미세먼지가 발생하는 주요 공간으로 본선 지하터널을 지목한다. 이미 다양한 기술·장비가 개발되고 있는 것으로 알고 있다. 본선 터널의 미세먼지 저감을 위한 기술들은 어떤 것이 있으며, 기존 설비는 어떤 방식으로 개량하는 것이 좋을지 설명해달라.

 

▲ 한국철도기술연구원 박덕신 수석연구원  © 철도경제

박덕신 연구원= 지난 20여년 간 연구과정에서 주목한 부분은 우선 환기설비의 개량이었다. 지하역사에도 환기설비가 있지만 이는 대합실과 승강장의 공기 순환 즉 급기와 배기를 중심으로 설계·운영되고 있다. 본선 터널의 경우 별도로 환기설비를 갖추고 있다. 도시철도 미세먼지를 저감시키기 위해서는 지하역사 뿐만 아니라 본선터널의 관리도 매우 중요하다.

 

예컨대 터널의 경우 미세먼지 농도를 100이라고 가정하면 70%는 열차가 운행하면서 발생하는 것으로 주로 차륜과 궤도의 마찰 그리고 팬터그래프와 전차선 사이에서 발생하는 금속성 미세먼지와 자갈 도상의 파쇄 등으로 인해 발생하는 토양성 미세먼지로 구성된다. 나머지 20~30%가 외기로부터 유입되는 자동차 배기가스 등이라고 볼 수 있다. 

 

그렇다면 본선터널에서 환기구를 통해 유입되는 외기만 정화할 경우 30%만 저감할 수 있게 된다. 열차 운행 중 발생하는 70%의 미세먼지를 저감시키기 위한 기술들이 필요한 것이다. 이를 위해 터널 내부의 미세먼지를 흡입할 수 있는 집진차량, 그리고 이미 터널 내부로 유입된 오염된 외기를 포함해 터널 내부의 미세먼지를 정화시켜 다시 외부로 배출할 수 있는 집진설비 등을 적용할 수 있다. 이러한 기술들을 적용하면 효과가 있다. 이미 일부 구간에서 시험한 결과 어느 정도 효과가 있는 것으로 확인됐다.

 

조진환 처장= 지하공간은 오염된 공기가 원활하게 순환되지 못하고 정체되는 특성이 있다. 미세먼지 농도는 외기 대비 승강장이 2배, 승강장 대비 터널이 2배 수준으로 높다. 터널의 미세먼지 농도가 가장 높은 것이다. 따라서 터널의 미세먼지를 관리해야만 궁극적으로 도시철도 미세먼지 관리 체계를 정립할 수 있게 된다.

 

서울교통공사에서는 지하철 열차 운행 중에 발생하는 미세먼지를 저감시키고자 본선 터널의 환기구에 양방향 전기집진기를 19개소에 시범 설치했다. 영업 운행 도중에도 환기구가 급·배기 과정에서 미세먼지를 정화할 수 있는 있는 것이다. 지속적인 검증절차를 거쳐 2022년까지 1-8호선 920개 환기구에 확대 설치할 예정이다. 하지만 본선 터널의 미세먼지를 저감하는데 있어 환기구가 담당할 수 있는 부분은 약 20%에 불과하다.

 

본선 터널의 미세먼지를 줄이는데 있어서 가장 큰 제약 요인은 물리적으로 영업운행시간이 약 19시간에 달해 미세먼지 제거 작업에 필요한 시간 확보가 물리적으로 매우 부족하다는 것이다. 살수를 통한 분진제거 작업도 3시간 남짓한 미운행시간에만 가능하다. 양방향전기집진기를 설치하는 것도 결국 영업 운행 중에 미세먼지를 제거할 수 있는 하나의 기술로 판단하고 있다. 이와 함께 노후화된 본선 터널 공조기 개량사업도 병행할 예정이다. 공조기의 용량을 15% 늘려 효율성을 높이는 것을 목표로 하고 있다.

 

박덕신 연구원= 국내 도시철도 운영의 특수성을 감안한 기술의 개발·적용이 필요한 시점이다. 미운행 시간에는 각종 유지·보수 등 작업을 위해 단전을 하게 된다. 전원공급이 이루어지지 않더라도 배터리로 구동해 집중적으로 미세먼지를 제거할 수 있는 집진차량의 도입도 검토할 수 있다. 

 

현재 철도연에서 개발한 집진차량은 최고속도 60km/h이며 실제 가동시 5km/h 속도로 운행한다. 집진차량 하부에 블로워(Blower)를 장착해 터널하부와 자갈도상에 침강된 먼지를 불어낸 후 대용량 팬을 사용해 흡입하는 구조이다. 장비 자체 테스트 결과 95%정도 미세먼지를 제거했다. 실제로 현장에 적용해 집진차량 운행 전·후를 비교한 결과 약 35% 정도의 저감 효과가 있는 것으로 나타났다. 운행시간에도 활용할 수 있는 방안도 고민 중이지만 만약 2-3량 단위의 특수카 형식으로 독립편성 해 운행한다면 영업시간에 투입하는데 한계는 있다.

 

현재 도시철도 운영 여건 등을 고려했을 때 영업시간에 본선터널 내부를 이동하면서 미세먼지를 제거할 수 있는 기술 혹은 장비의 개발이 시급한 것이 사실이다. 연구단에서 전동차 하부에 소규모 집진장치를 장착하는 등의 아이디어도 고안했지만 용량에 제약이 있다. 전동차 외부에 미세먼지 흡착용 시트지를 부착하는 아이디어도 고안해본 적 있지만 유지·관리의 어려움이 있다. 지속적으로 아이디어를 내고 도전해보는 것이 필요하다. 액티브(Active)한 집진장치의 개발은 향후 본선 터널 미세먼지 저감에 있어 중요한 과제가 될 것이라고 본다.

 

황정호 교수= 도시철도 미세먼지 저감을 위해 첫번째로 승강장과 대합실에는 일반 필터를 사용한 대용량 공기청정기를, 두번째로 본선 터널에는 급·배기시 미세먼지를 걸러낼 수 있는 양뱡향 전기집진기와 별도의 특수(집진)차량이 투입돼 미세먼지를 제거하는 방법을, 세번째로 영업시간에 운행차량에 미세먼지 저감 장비를 부착하는 등의 방안 등으로 요약해볼 수 있다.

 

결국 19시간에 달하는 영업시간 동안 본선 터널의 미세먼지를 저감할 수 있는 기술을 개발하는 것도 중요하다고 볼 수 있다. 하지만 기술적으로 어려운 부분이 많다. 차량 표면에 먼지를 흡착시킬 수 있는 기술 등 다양한 아이디어는 나오고 있지만 이를 현장에 적용하는 것이 만만치 않다. 철도차량의 안전성과도 밀접한 연관이 있기 때문에 더욱 조심스럽다. 연구기관뿐만 아니라 대국민 아이디어를 공모해보는 것도 좋은 방법이라고 생각한다.  

 

백용태 주간= 기술 개발에 있어 근시안적으로 결과물을 종용하다보니 중·장기적인 연구가 이루어지지 않는 측면이 있고, 설령 연구가 실패하더라도 아이디어를 도출하고 끊임없이 도전해볼 수 있는 환경이 제대로 조성되지 않는 것 같다. 그렇다면 현재 우리나라의 도시철도 미세먼지 관련 기술은 해외와 비교했을 때 어느 정도 수준인가. 그리고 마지막으로 당부하고 싶은 말이 있다면?

 

▲ 서울교통공사 조진환 환경보건처장  © 철도경제

조진환 처장= 아무래도 중국과 한국이 미세먼지의 심각성을 가장 절실하게 체감하고 있다. 여타 국가는 개선이 필요하다는 정도이다. 예컨대 영국은 런던지하철에 1조원의 재원을 투자하겠다고 했지만 서울지하철이 고민하는 수준에 비하면 10년 정도 뒤쳐지고 있다고 판단된다. 도시철도에 대한 접근 방식도 다르다. 유럽 등의 경우 도시철도는 하나의 이동수단이지만 세심하게 편의성을 제공할 이유까지는 없다고 느끼는 것 같다. 또한 유럽은 우리나라에 비해 상대적으로 외기의 질이 좋은 편이다. 그런 측면에서 우리나라가 실제 상용화한 사례까지 비추어봤을 때 다각도의 대응방안을 모색하고 있다는 점에서 가장 앞서 있다고 생각한다. 해외의 경우 아직까지 초기 단계라고 볼 수 있다. 

 

미세먼지를 잡기 위해 저감 설비를 설치하지만 핵심은 LCC차원에서도 접근이 이루어져야만 한다. 국내에서도 이제 현장에 도입하는 단계이기 때문에 관련 기준이나 지침이 제대로 마련되어 있지 않다. 저감효과에 대한 판단방법도 난해한 측면이 있고 설비를 신설·개량할 때 이와 관련한 지침도 명확하지 않다. 한번 지하역사가 건설되고 전동차가 만들어진 후 미세먼지 저감 설비를 다시 구축하려면 3배의 비용이 들어간다. 사전에 관련 설비가 설계에 반영될 수 있도록 제도적 보완이 필요하다.

 

박덕신 연구원= 물론 한국에서 미세먼지 저감 효과를 얻기 위해서 단기간에 대규모로 투자를 하고 연구개발에 따른 결과를 요구하는 경향이 있지만 도시철도 초미세먼지 문제를 해결하기 위한 정부의 적극적인 재정 지원은 좋은 현상이라고 본다. 국내 연구기관도 미세먼지 저감을 위한 기술을 가지고 있기 때문에 이것이 국내에 먼저 적용되고 미비한 부분들을 보완해나간다면 중국·홍콩·캐나다 등 해외로도 충분히 진출할 수 있을 것이다. 철도연 연구단에서도 올해 개최되는 이노트랜스에 미세먼지집진차량·전동차하단부착형 미세먼지 포집장치·객실 내 미세먼지 저감장치 등을 선보일 예정이다.

 

지난 25년 간 철도연에 재직하면서 한정된 재원으로 도시철도 미세먼지 저감 관련 연구를 진행해왔다. 함께 참여한 중소기업들을 비롯해 내수시장도 살리고 해외 수출의 판로도 확보하는 등 민간기업과 상생할 수 있는 모델을 미세먼지 관련 시장에서 충분히 만들 수 있으리라 생각한다.

 

황정호 교수= 현재 국내 시장 규모가 커지면서 민간에서도 연구개발이 집중적으로 이루어지고 있기 때문에 해외로 진출할 수 있는 기회를 만들 수도 있다. 더군다나 최근 코로나19와 같은 감염증 확산에 대한 대응 체계가 조명 받고 있는 시점에서 초미세먼지 문제에 대한 국내의 기술개발 및 시스템 구축의 사례와 잘 연결될 수 있다면 비지니스 측면에서도 효과를 발휘할 수 있다고 생각한다.

 

미세먼지 관련 많은 토론회가 열리지만 주로 문제점을 지적할 뿐 해결 방안이 제대로 논의되지 않는 측면이 있었다. 기술의 개발이 쉽지 않다는 것을 국민들도 공감해주었으면 하는 바램 이다. 기술 개발이 어렵다는 것은 개발 단계에서 실패할 수도 있음을 의미한다. 우리나라는 실패하면 큰 일이 날 것처럼 호도한다. 경직된 자세로 성과 위주로만 미세먼지 문제를 접근한다면 오히려 다양한 아이디어를 구현할 수 있는 기회가 적어진다. 세계 시장을 선도하기 위해서는 관련 연구진과 일선 실무자들이 충분히 고민하고 이를 실현해나갈 수 있는 시간이 주어져야만 한다. 오히려 '관용'의 자세가 필요한 시점이다.  

 

▲ 본지는 지난 14일(화) '도시철도 미세먼지 저감 해법'을 주제로 좌담회를 개최했다. (사진 왼쪽부터 안영훈 본지 편집위원, 백용태 본지 주간, 박덕신 한국철도기술연구원 수석연구원, 황정호 연세대학교 교수, 조진환 서울교통공사 보건환경처장)     ©철도경제

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