휘발성유기화합물질 규제 및 방지기술 동향

한화진

한국환경정책·평가연구원

VOCs Regulations and Trends of Reduction Technologies

Han, Wha-Jin

Korea Environment Institute

서론

자동차 운행의 급증과 유류 및 유기용제의 사용확대로 휘발성유기화합물질(Volatile Organic Compounds: VOCs)에 대한 중요성이 점차 증대되고 있다. VOCs는 종류가 다양하고 대기중 반응의 형태에 따라 대류권 오존오염, 성층권 오존층파괴, 지구온난화에 참여하고 자체의 유해한 성질로 환경 및 건강에 영향을 초래하여 VOCs 저감정책은 환경관리(특히 대기질관리)에 있어 중요한 위치를 차지하고 있다.

VOCs의 배출원 또한 유기용제가 사용되는 페인트 등 소비제품에서부터 대형 연소배출시설까지 규모와 종류가 매우 다양하며 일정한 배출구를 통한 배출이외에 공정상의 누출등 불특정배출원까지 광범위한 특성을 갖고 있다.

1960년대이후 미국의 유기용제 배출규제를 출발로 지역적인 대기오염물질 규제관리로 시작된 VOCs는 최근에는 오존형성의 광역성으로 인해 지역적, 국가적 차원의 규제에서 범세계적인 규제로 발전되어 가는 상황이다. 이에 따라 우리나라도 1995년 VOCs 규제관리의 근거가 대기환경보전법상에 마련되었다.

VOCs 배출규제는 점차 강화될 추세이고 국내에 법적 규제조항이 마련된지 약  4∼5년이 지난 현 시점에서 규제관리 방법등에 그동안 많은 발전이 있었던 것은 사실이다. 그러나 대기질 관리 및 사업장 배출시설관리에 있어서의 중요성에 비해 아직까지도 국내 관련 연구 및 방지기술수준은 매우 미흡한 실정이다.

국내 규제·관리 동향

1) 규제 동향

우리나라는 1995년 대기환경보전법 개정안상에 대기환경규제지역내의 VOCs 배출시설에 대한 법적 규제조항이 마련되었다. 법제정 직후, 석유화학공단지역인 여천산단지역이 악취 및 건강위해성의 논란이 제기되면서 1996년 9월 대기특별대책지역으로의 지정과 함께 동지역에서의 VOCs 규제가 시작되었고 1997년 7월부터는 울산·온산 대기보전특별대책지역에 대해서도 VOCs 규제가 실시되었다. 대기환경규제지역은 1997년 7월 서울·인천을 포함한 수도권 17개시가 고시되었고 해당지역 배출시설에 대한 규제는 1999년부터 실시되고 있다.

규제대상물질은 탄화수소류중 레이드증기압이 10.3 kPa이상인 석유화학제품, 유기용제 및 환경부장관이 고시하는 물질이며 현재 31개물질이 VOCs 로 고시되어 있다. 1999년 하반기에는 시행령을 개정하여 현행 규제대상에서 제외되어 있으나 오존생성능력이 크고 사용량이 많은 톨루엔등을 규제대상에 포함시킬 계획에 있다.

1999년부터 규제관리가 시작되는 배출시설은 대기환경규제지역내 10개 업종 33개시설이다. 석유화학정제업, 저유소, 주유소, 세탁시설등 4개업종과 유기용제 및 페인트제조업, 자동차제조업, 선박 및 대형철구조물제조업, 기타제조업, 지정폐기물처리업, 자동차정비업 등 6개 업종을 신규로 VOCs  배출시설로 추가하여 2000년부터 규제를 시작할 예정이다. 단, 주유소와 출하시설은 2004년까지 방지시설 설치시기를 유예하도록 되어 있다.

VOCs 배출시설관리는 시설설치·관리기준을 특징으로 하는데 여러종류의 물질이 공정중에 혼합·배출되는 특성상 기존배출시설관리와 같이 개별물질별 배출허용기준을 설정하는 것은 거의 불가능하다. 따라서 우선 VOCs 배출시설의 종류 및 규모를 설정하고 방지시설 설치를 의무화하고 있으며 배출최소화를 목표로 관리의 효율성을 높히는데 중점을 두고 있다. 즉, VOCs 배출시설관리는 사전에 배출을 최소화할 수 있는 환경경영이 가장 크게 반영되는 부분이다. VOCs중 특별히 건강에 유해한 물질이 배출되는 시설에 대해서는 유해대기오염물질로 구분하여 보다 엄격한 관리기준을 적용할 계획에 있다.

2) 배출원별 VOCs 배출량 추이

아래 표는 우리나라의 VOCs 주요배출원별로 기존에 알려진 배출량 산정기법을 이용하여 계산한 1994년과 1996년의 인위적배출량을 나타낸 것이다. 기타 배출시설에서의 배출량 및 자연적 배출량이 누락된 상태로 제시된 값은 국내 VOCs배출량의 최소값으로 보는 것이 타당하다. 국내 VOCs의 주요 배출원으로는 선진외국과 유사하게 자동차와 도장산업의 유기용제 사용으로 나타났으며 총배출량의 80%이상을 차지함을 알수 있다. 이러한 증가 추세는 국내 자동차운행의 급증과 유기용제 사용량의 증가와 함께 계속될 전망이다.

연도별 구분 배출원		배출량(톤/년), 배출비중(%)
		1994년	1996년
자동차부문	배기관	150,400 (33.7)	179,140(29.3)
	증발	26,500 (5.9)	34,143(5.6)
	*Stage Ⅰ	10,626 (2.4)	14,480(2.4)
	*Stage Ⅱ	13,004 (2.9)	17,722(2.9)
	소계	200,530 (45.0)	245,485(40.2)
도장산업		179,985 (40.4)	282,535(46.2)
인쇄산업		17,781 (4.0)	21,634(3.6)
유류 저장·출하시설*	저장	4,173 (0.9)	6,511(1.0)
	출하	16,212 (3.6)	22,310(3.6)
	소계	20,385 (4.6)	28,321(4.6)
세탁시설		12,097 (2.7)	13,521(2.2)
아스팔트		15,200 (3.4)	19,784(3.2)
종합		445,978	611,280
주)* Stage Ⅰ: 탱크로리에서 주유소 지하탱크로 입고시 배출되는 휘발성유기화합물질의 양, Stage Ⅱ: 자동차 휘발유 주입시 주유기에서 배출되는 양을 나타냄. 단, 유류 저장과 출하시설은 국내 5개 정유사의 저장과 출하량을 이용하여 산정된 것임. 자료 : 한화진 외, 대한석유협회, 1996: 김윤신 외, 환경부, 1997.

방지기술 동향

국내·외 VOCs 배출시설의 규제·관리가 점차 강화됨에 따라 방지시설을 적용해야하는 대상시설의 수가 증가하고 있어 방지시설 설치의 국내·외 시장수요가 증대될 전망이다. 현재 국내 상업화기술은 주로 외국기술도입에 의존하고 있는 현실로 국내의 기술적 기반이 미흡한 실정이다. 그동안 일부 연구기관과 학계에서 관심은 있었으나 대기환경보전법상에 규제조항이 마련된후 비로서 현장에 적용가능한 VOCs 방지기술에 대한 관심과 기술개발 연구가 진행되는 상황으로 현재 환경기술연구개발사업으로 추진되고 있다. 국내 대기오염 처리시장 수요규모를 추정한 자료에 의하면 2005년 대기오염방지기술 수요는 약 34,595억원(1995년: 10,803억원)으로 이중 VOC의 처리 수요시장 또한 큰 부분을 차지할 것으로 예상된다.

VOCs에 활용되는 방지기술은 그동안 여타 대기오염물질 및 악취를 방지하기 위해 활용된 기술과 유사하며 주로 산화기법(열, 촉매, 무염), 플레어, 응축, 흡착법 등이 폭넓게 적용되고 있고 최근에는 생물여과기, 광촉매, 코로나/플라즈마, 막분리기술 등 다양한 기술이 상용화를 목표로 개발되고 있다. 흡착기와 응축기는 VOCs를 회수하여 재이용하기 위한 회수장치로 고가의 유기용제 사용시설에 경제적 목적으로 주로 사용되어진다. 처리장치 또는 회수장치의 선택은 경제적 요건에 따라 달라지겠지만 궁극적으로 산화법을 이용한 처리기술이라하여도 우선 산화기에 유입되는 VOCs 폐가스의 부피를 최소화하도록 응축기등을 전처리 장치로 부착하는 hybrid 기술이 활용되는 추세이다. 폐가스의 부피를 최소화할 경우 방지장치의 크기가 줄어들고 이로 인한 산화기 연료사용과 운영비의 절감을 고려하는 것이다.

VOCs 배출원의 배출특성(배출농도, 배기량, 배출물질 특성, 공정특성 등)이 다양하고 복잡한 만큼 방지기술의 선택 또한 배출물질의 종류, 저농도/고농도, 고풍량/저풍량 등에 따라 다르며 이로 인해 적용대상 배출원의 배출조건에 따른 기술개발이 계속되고 있다.

VOCs 방지기술의 선택시 반드시 고려해야 하는 사항은 다음과 같다.

1)처리물질의 종류 파악

①일반적인 탄화수소류의 VOCs(지방족, 방향족), ②알콜류, 에테르, 케톤, ③ 할로겐함유 VOCs인지에 대한 파악이 우선되어야 한다.

2) 경제성있는 방지기술

① 설치비, 운영비의 최소화, 즉, 설치공간의 문제를 개선하고 운영비 절감형의 새로운 기술개발로 고효율의 compact한 디자인,

② 2차생성오염물질의 배출을 최소화할 수 있는 기술로 NOx,  HCl 및 CO2 배출최소화를 고려한다.

결론

향후 국내 VOCs 규제·관리는 점차 강화될 전망으로 오존생성과 건강유해성 차원에서 규제대상물질의 범위와 규제대상시설의 규모 및 종류가 확대되고 정부의 대기환경규제지역 지정·고시 확대로 VOCs 규제대상지역 또한 확대될 전망이다(현재 광양만권역의 지정 움직임). VOCs 규제·관리의 역사가 오래된 선진국에서도 VOCs의 특성상 방지기술이 계속 발전되어 배출원의 특성을 잘 반영하되 보다 경제적이고 2차오염물질의 생성을 최소화하는 방향으로 개발되고 있다. 다양한 종류의 VOCs를 배출하는 시설에 유일하게 적용되는 방지기술은 사실상 없으며 2∼3가지 기술을 조합한 기술이 계속 개발되는 추세이다.

참고문헌

한화진외, 『VOC 배출원별 배출량 산정 및 저감기술 연구』, 대한석유협회, 1996. 2.

한화진외, 『VOCs 방지기술 현황 및 적용사례』, 한국환경정책·평가연구원, 1997. 12.

김윤신외 『휘발성유기화합물질 규제대상 설정 및 관리방안에 관한 연구』, 환경부, 1997.12.

한국환경정책·평가연구원, 『21세기 환경기술개발 장기종합계획- 환경산업의 전망 및 경쟁력 제고방안』, 1997.