가스계 소화약제가 지구온난화와 오존층파괴에 영향을 미친다?

기후변화의 원인은 온실가스

가. 기후변화가 시작된 원인

기후변화가 시작된 주요원인은 산업혁명 이후 온실가스의 급격한 증가가 그 시작이었으며, 이로 인해 오랫동안 유지되어 오던 지구와 태양간의 복사평형이 깨진 것이다. 하지만, 온실효과는 새로운 것이 아니고 지구 대기가 생성된 시점부터 계속 있어온 현상이지만, 인간의 산업 활동에 의해 이런 온실효과 기체가 지구 대기의 균형을 깰 정도의 빠른 속도로 가속화되고 있다는 것이 문제이다.

 

나. 온실가스가 지구에 주는 영향

온실가스(Greenhouse Gas)는 어떤 문제점 때문에 지구에 영향을 미치는가? 태양으로부터 방출되는 짧은 파장의 자외선 복사에너지는 통과시키지만, 지구로부터 방출되어야 할 긴 파장의 적외선은 통과시키지 못하는 특징이 있다. 결국, 지구가 태양의 복사열을 받아 데워지기만 하고 식지는 않는 온실효과를 가져온다는 것이다.

 

다. 온난화에 주요한 영향을 미치는 기체들

지구의 온난화에 영향을 미치는 기체는 주로 O3, CO2, N2O, CFC, 할로겐 화합물 등이다. 그중 CO2 가 온실가스 기체 중 양적으로 가장 많은 양을 차지한다. 식물의 광합성, 발산, 호흡과정에 직접적으로 관여하기 때문에 중요한 역할을 한다. 그리고 할로겐 탄화수소 화합물(CFC, HFC, SF6) 대부분은 산업공정에서 발생하는데, 대기권에서 평균 50년 ~ 150년 정도 존재하므로 이 또한 문제라고 할 수 있다.

 

 

지구온난화지수와 오존파괴지수(GWP, ODP)

가. GWP(지구 온난화 지수, Global Warming Potential)

지구온난화 지수인 GWP는 어떤 물질 1kg이 지구온난화에 기여하는 정도를 CO2 1kg이 기여하는 온난화 정도로 나눈 것을 의미한다. 이산화탄소가 야기하는 온실가스 효과를 1 이라고 봤을 때, 각 기체별 상대적인 온실가스 효과의 잠재력을 말하는 것이다.

CO2	CH4	N2O	CFC-12	CF4	HCFC-22
1	21	310	7,400	9,200	11,700

할론, 수증기, 오존, 메탄, 아산화질소 등 대기 중에서 잔존하는 수명이 길어질수록 GWP는 증가한다. 그러므로 가능하면 GWP가 적은 할론 대체 소화약제를 개발하는 것이 필요하기에 이르렀다.

 

나. 오존파괴지수 : ODP(Ozone Depletion Potential)

오존파괴지수란 어떤 물질 1kg이 파괴하는 오존량을 CFC-11 1kg이 파괴하는 오존량으로 나눈 것을 말한다. 할론 1301의 ODP는 CFC-11에 비해 훨씬 높은 값을 갖고 있어 같은 양이 대기 중에 방출되면 더 많이 성층권의 오존을 파괴시킨다. CFC 화합물은 매우 안정하며 결합력이 강하다. 대기 중에서는 분해되지 않지만 오존층에서는 자외선에 의해 분해되며 오존과 결합하면서 오존층을 파괴한다.

 

지구온난화 지수와 오존파괴 지수

오존층은 태양으로부터 들어오는 자외선을 막아주는 역할을 하는데 오존층이 파괴되면서 그 역할을 못하게 된다는 것이다. 오존층은 어떻게 파괴되는지 오존층 파괴의 매커니즘을 살펴보자. 염소 혹은 브롬을 포함한 프레온가스가 지상에 누출된 후 성층권에 도달하면, 자외선에 의해 염소 또는 브롬으로 분해된다. 이렇게 분해된 염소는 오존과 반응하여 산소로 변화된다. 다시 산소와 분해된 염소와 브롬은 새로운 오존과 결합하여 다시 오존을 파괴하는 연쇄반응을 반복하게 된다. 즉, 1개의 염소 원자는 이러한 반복적인 연쇄반응으로 수천에서 수십만 개의 오존을 파괴하는 것이다. 소화약제에 함유된 염소나 브롬은 이러한 매커니즘을 통해 오존층을 파괴한다.

 

염소에 의한 오존층 파괴 매커니즘

 

 

 

새로운 소화약제의 탄생

가. 제1세대 소화약제

새로운 소화약제가 개발되기 시작했는데 제1세대 대체물질은 ODP와 GWP는 낮지만 소화능력이 낮은 물질을 말한다. 반대로 말하면 소화능력은 높지만 ODP와 GWP가 높은 물질을 제1세대 대체물질이라고 한다.

제2세대 대체물질은 ODP와 GWP는 낮고 소화성능은 높은 물질을 말한다. 즉 인체와 환경에 영향은 적으며 소화효과는 높은 물질을 말한다. 친환경 소화약제가 되기 위해서는 ODP, GWP, ALT, NOAEL 등에 대한 환경영향 평가를 만족하여야 한다.

 

나. 청정소화약제의 등장

그동안 할론 소화약제가 우수한 소화성능을 가지고 있어서 많이 사용되어 왔으나 1987년 오존층 파괴 물질에 관한 사용제한을 의무화한 ‘몬트리올 의정서’에 의해 선진국부터 생산이 감축되었다. 그래서 할론을 대체할 수 있는 소화약제가 필요하게 되었다. 그리하여 개발된 소화약제가 청청소화약제라 하여 할로겐화합물 성분과 불활성가스 성분을 함유한 소화약제 이었다.

청정소화약제는 기존 Halon 1301에 비해 일반적으로 소화성능이 낮다. 청정소화약제는 오존파괴 능력을 낮추기 위해 오존파괴의 원인 물질인 Br 등을 첨가하지 않고 F를 사용하는 HCFC, HFC 계열의 물질인데, 이로 인하여 Halon보다 소화성능이 떨어지는 단점이 있다. 요오드(I)는 소화의 효과가 강하나 다른 물질과 반응이 활발하여 독성, 부식성이 나타나 안전하지 못하다는 평가를 받는다.

 

다. 청정이라는 용어의 변경

또한, 용어는 청정소화약제라고 부르고 있으나 독성과 부식성으로 인해 청정이라는 용어도 맞지 않는다는 비판이 제기되었다. 결국 현행 법령에서는 청정이라는 용어를 변경하여 할로겐화합물 및 불활성기체 소화약제로 변경하게 되었다. 이제 우리가 개발 및 도입해야 할 것은 환경과 인간에 영향을 적게주는 친환경 소화약제이다.

 

할로겐화합물 소화약제

친환경 소화약제의 구비조건

친환경 소화약제가 되기 위해서는 가장 우선적으로 ODP, GWP, ALT가 낮아야 한다. 그래야 친환경 소화약제라는 용어에 적합하다. 그럼에도 불구하고 소화능력이 우수하여야 한다. 소화약제의 가장 중요한 임무는 화재를 빠른 시간에 소화시키는 것이다. 화재를 소화시키는데 실패하면 소화약제의 구실을 할 수 없다.

또한 인체에 영향을 미치는 독성이 낮아야 한다. 가스계 소화약제를 사용하는 곳은 물을 뿌릴 수 없는 곳임에도 불구하고 사람이 거주하고 있는 곳일 것이다. 고가의 예술품이 있는데 사람들이 구경하고 있거나 전기설비가 집약되어 있는데 24시간 근무자가 상주하는 곳이기 때문이다.

마지막으로 경제적 측면으로 가격이 저렴하고 유지관리 방법에서도 쉬워야 할 것이다. 보통 사업주 또는 건축주는 보호하려는 재산적 가치가 중요해서 이를 보호하기 위한 수단으로 소방설비를 도입하지만, 소화약제의 경제적 비용이 너무 과다하면 도입을 꺼리게 될 수밖에 없기 때문이다.

 

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