질소 산화물
질소 산화물(NOX)은 연료의 고온 연소 시 대기 중 질소의 일부가 산소와 반응하여 생성되는 물질로 대표적인 오염 물질이 일산화질소(NO)와 이산화질소(NO2)이다. 이산화질소는 입자상 물질과 함께 도시 지역의 상공을 적갈색으로 보이게 한다. 질소 산화물은 자연적으로는 토양과 수중 미생물의 작용과 번개에 의해 생성되며, 인위적인 주요 배출원은 자동차, 발전소, 시멘트 공장, 화학 물질 제조 공장, 보일러, 소각로 등이다. 질소 산화물은 대기 중에서 휘발성 유기 화합물(VOCs)과 반응하여 오존을 생성하는 전구물질의 역할을 하기도 하며, 산성비를 유발하여 장거리 이동되어 오염 물질 발생 지역이 아닌 다른 지역에 피해를 주기도 한다. 질소 산화물은 연소 시의 연료 중 질소 성분보다는 연소 공기 중의 질소에 의한 발생이 대부분으로 연료의 개선으로는 질소 산화물 저감 대책이 어렵다는 문제점이 있다.
질소 산화물(NOX)은 식물보다 사람이 피해를 받기 쉽고, 일산화질소보다는 이산화질소(NO2)가 인체에 더욱 큰 피해를 준다. 그러나 도시 대기 중에 존재하는 정도의 저농도에서는 폐 기능과 생리 반응에 거의 영향을 주지 않으나, 고농도에서는 점막을 심하게 자극하고, 메타헤모글로빈을 형성, 기도와 폐에 영향을 준다. 일반적으로 NO와 NO2는 두 물질이 함께 존재하는 경우가 대부분으로, 두 물질이 고농도일 경우는 눈과 호흡기 등에 자극을 주어 기침, 인두통, 현기증, 두통, 구토 등이 나타난다. 노출량이 많으면 호흡 촉진, 부정맥, 불안감이 나타나고, 심하면 폐수종, 혈압 상승 등이 나타나 의식을 잃게 된다. 저농도에 장기간 노출되는 경우에도 만성 중독으로 기관지염, 폐기종, 위장병, 불면증 등을 일으키며 혈당의 감소 또는 헤모글로빈의 증가 등을 가져온다.
질소산화물은 아래와 같이 질소와 산소로 이루어진 화합물, 또는 이들의 혼합물들을 지칭할 때 일반적으로 사용되는 용어이다.
NO - 일산화질소(Nitric oxide)
NO2 - 이산화질소(Nitrogen dioxide)
N2O - 일산화이질소(Dinitrogen monoxide)
N2O3 - 삼산화이질소(Dinitrogen trioxide)
N2O4 - 사산화이질소(Dinitrogen tetroxide)
N2O5 - 오산화이질소(Dinitrogen pentoxide)
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.
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 형성한