지구의 대기에 분포하면서 태양으로부터 오는 자외선이 지구 표면에 도달하는 것을 막아주는 오존층, 초등학교 때부터 수업시간에 누구나 한 번쯤은 들어 본 친숙한 단어일 거예요. 지금 이 글을 읽고 있는 여러분들도 오존층은 한 번씩 다 들어보셨죠! 성층권의 오존은 생물들에게 치명적인 강한 태양 자외선을 직접 막아주는 반드시 필요한 존재입니다. 또 최근 우리 주변에선 오존 소독기, 오존 살균 등 오존 관련 제품들을 많이 발견할 수 있어요.
그런데 텔레비전 일기예보에서는 높아지는 오존 수치와 오존 주의보를 다루면서 외출 시 유의하라고 이야기하고 있네요. 오존! 많이 들어봐서 친숙한 줄 알았는데, 막상 오존이 무엇인지 설명하려고 하면 어렵기만 하네요. 그래서 지금부터 우리에게 없어서는 안 되지만 너무 많아서도 안 되는 두 얼굴의 물질, 오존에 대해서 알아보도록 하겠습니다.
#오존(Ozone)은 무엇인가?
▲ 오존 분자식(출처: https://en.wikipedia.org/)
먼저 오존이란 물질에 대해서 알아볼까요? 오존은 산소 원자 세 개가 결합하여 생성된 원소로, ‘냄새가 나다’라는 그리스어에서 유래된 이름처럼 상온에서 특유의 냄새를 갖는 물질입니다. 산소를 방전시키거나 산소를 포함한 화합물을 분해할 때 대체로 발생한다고 해요. 자외선이 산소를 통과할 때도 발생하기 때문에 자외선이 많은 산림, 바다 등에서 상쾌한 느낌을 들게끔 하기도 한답니다. 하지만 다량으로 존재하면 불쾌감을 주기도 하는데요. 인체에 독성이 있어 짧은 노출은 기침과 눈의 자극 등을 유발하고, 장시간 노출 시에는 두통이나 호흡 곤란 등을 겪게 되기 때문에 장시간 흡입하면 유해하다고 합니다.
- 황사: 바람에 의해서 하늘로 올라간 미세한 모래먼지가 대기 중에 퍼져서 하늘을 덮었다가 서서히 떨어지는 현상
- 스모그: smoke와 fog의 합성어로 도시의 매연을 비롯하여 대기 속의 오염물질이 안개 모양의 기체가 된 현상
- 미세먼지: 지름 10㎛이하로 육안으로 보이지 않은 정도로 가늘고 작은 먼지 입자, 연소작용에 의해서 발생된 유해물질로 이루어짐
위험해요! #오존 경보제
▲ 광화학 스모그가 발생한 중국 베이징(출처: http://www.npr.org/)
오존이 성층권에 20km 두께의 층을 만들며, 높은 농도로 분포하는 것이 오존층인 것은 다들 알고 계실 거에요. 성층권에서 자외선이 산소를 통과하면서 오존 원자가 생성이 되고, 오존층을 이루게 됩니다. 하지만 성층권이 아닌 대기권에서 고농도의 오존이 분포하게 되면 어떻게 될까요? 오존 경보제를 실시하는 이유는 성층권이 아닌 대기권에서 자동차의 배기가스나 기타 오염물질들이 여름철의 강한 햇빛에 의해 분해되면서 인체에 해로운 오존이 발생하기 때문이에요.
▲ 오존의 농도에 따른 증상
배기가스의 질소 산화물(NOx)이나 휘발성 유기 화합물(VOC)이 자외선에 의해 분해되면서 발생한 산소 원자가 산소 분자와 결합하면서 오존이 발생하게 됩니다. 이렇게 지표 부근에서 발생한 오존은 광화학 스모그의 직접적인 원인이 되기 때문에 인간뿐만 아니라 동식물에게도 큰 피해를 입히게 됩니다. 태양 빛이 강하고, 공기의 이동이 적을 때 오존의 발생량이 많아지므로 오존 경보가 내려진 상황에서는 여름철이나 정오엔 외출을 피해야 한답니다.
오존 활용 #사례
오존은 인체에 해로운 물질이지만, 인간에게 피해가 가지 않을 정도의 소량을 사용한다면 충분히 인간에게 도움이 될 수 있는 물질이기도 해요. 그래서 실제로 우리 생활 속에서 오존이 사용되는 사례들을 많이 발견할 수 있습니다. 또한 오존의 무궁무진한 가능성을 현실에 적용하기 위한 연구들이 여러 분야에서 진행되고 있다고 합니다.
1. 오존과 살균
오존의 강한 산화력을 우리 생활 속에서 세균을 제거하거나 소독하는 데 이용하는 예입니다. 오존 발생장치는 공기와 전기를 이용해 필요한 양을 필요한 때에 얻을 수 있으며, 사용 후에는 분해하여 산소가 되기 때문에, 2차 공해가 적어요. 오존의 강력한 산화력은 탈취, 살균, 표백 등의 작용을 복합적으로 수행할 수 있어 우리 생활 속뿐만 아니라 여러 산업들에 다양하게 이용되고 있으며, 특히 농산물의 표면 살균에도 최근 활발하게 응용되고 있어요.
▲ 오존 살균기(출처: http://www.fireangel.com/)
위와 같은 오존 살균기는 수돗물 속에 들어있는 염소를 포함한 여러 유해 물질들을 제거해주고, 과일이나 야채, 어패류 같은 음식들을 살균시켜 줘서 안심하고 먹을 수 있게 해줍니다. 이뿐만 아니라, 공기 청정기나 식기 세척기에도 오존의 산화력을 활용한 제품들이 많다고 합니다.
오존의 강력한 산화력은 세균 등의 세포벽을 접촉과 동시에 파괴시키고 재생 불가의 상태로 만들어 버려요. 살충제나 제초제 등의 합성 세제 성분도 짧은 시간에 분해를 해버릴 수 있기 때문에 살균, 소독에 관련된 여러 제품군에서 만날 수 있게 되었습니다. 하지만 여러 종류의 제품들이 개발되고 있다고 하더라도 오존 방출량에 대해서 안전성이 확증되지 않은 제품들을 사용하다가 피해를 입은 사례들이 발생하고 있기 때문에, 사용에 각별한 주의가 필요합니다. 지속적인 오존의 유출에 의해 호흡기가 약한 노인이나 어린아이들은 사망으로까지 이어지는 심각한 사고가 발생할 수도 있기 때문이에요.
▲ 용존 오존 부상 공정(Dissolved Ozone Flotation) 을 이용하는 청도 하수 종말 처리장(출처: http://www.grandculture.net/)
오존의 강력한 산화력은 하수처리 공정에서도 사용됩니다. 철, 비소 등 여러 중금속이나 벤젠 등의 유독성 화학 물질들을 제거하는 데 우수하고, 방향족 물질 벤젠 고리를 쉽게 끊을 수 있어 탈색이나 탈취 작용 또한 우수하기 때문에 오존 처리 공법을 도입하는 상수, 하수 처리 시설이 많아지고 있다고 해요. 용존 오존 부상 공정이란, 최종 방류수를 대상으로 오존의 농도와 오존 접촉 효율을 극대화시켜 부유 물질을 제거하고 COD나 미생물 수치를 낮추는 공정입니다.
2. 첨단 산업 속 오존
오존은 산업적으로도 살균, 소독, 유기물 분해 등 여러 분야에 적용될 수 있고, 공정 반응 후 잔여물이 남지 않아서 친환경 공업 물질로 각광받고 있습니다. 최근, 한국기계연구원에서 개발한 오존 발생기는 에너지 소모율을 30% 낮추면서도 고농도, 고순도의 오존을 생성하여, 기존 반도체 산업이나 평판 디스플레이 산업에서 사용되는 일반 화학 약품들을 오존이 대신하게 해주었다고 하네요.
지금까지 오존에 대해서 알아보았는데요. 어떠셨어요? 여러분이 알고 있던 오존과 많이 비슷하셨나요? 저는 글을 쓰면서 오존에 대해서 새로운 사실을 많이 알게 되었답니다. 오존이라고 하면 과학 시간에나 배우는 우리 생활과는 거리가 먼 존재라고 생각을 했는데, 우리 주변에서 이렇게 오존이 활용되고 있다니 신기하기만 합니다. 또한 유해한 소독용 화학 용액을 대체할 수 있는 지속 가능한 미래지향적 친환경 물질이라고 하니 더욱 기대가 됩니다. 여러분도 앞으로 우리 생활 속에서 다양한 모습으로 등장할 오존을 기대해주세요!
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