휘발성 유기화합물(VOC)

                                                                   환경청 자료

가. 성상

(1) 정의 : 휘발성유기화합물(VOC)은 증기압이 높아 대기중으로 쉽게 증발되고, 대기중에서 질소산화물과 공존시 태양광의 작용을 받아 광화학반응을 일으켜 오존 및 PAN 등 광화학 산화성 물질을 생성시켜 광화학스모그를 유발하는 물질의 총칭이다. 

현재 국내에서는 탄화수소류중 레이드 증기압이 10.3 킬로파스칼 (또는 1.5 psia)이상인 석유화학제품·유기용제 또는 기타 물질로 정의되어 있다.

VOC는 수많은 화합물의 총칭이고, 발생원도 다양하여 그 범주를 정하기는 어렵지만 미국 및 일본에서는 다음과 같이 정의하고 있다.

(가) 미국 EPA(40 CFR 51.100, February 3, 1992) : VOC는 일산화탄소, 이산화탄소, 탄산, 금속성 탄산염 및 탄산 암모늄을 제외한 탄소화합물로서 대기중에서 태양광선에 의해 질소산화물(NOx)과 광화학적 산화반응을 일으켜 지표면의 오존농도를 증가시켜 스모그현상을 일으키는 유기화합물질이다. 

대표적인 물질들로서 

벤젠, 톨루엔, 프로판, 부탄, 헥산 등 광화학반응성이 에탄보다 큰 318종의 물질과 이들 물질이 포함된 진증기압(True Vapor Pressure : TVP)이 1.5psia 이상인 석유화학제품 및 유기용제 등이다. 

단 메탄, 에탄, 메틸클로라이드, 메틸클로르포름, 클로르플로르탄소류 및 퍼플로르탄소류 등 광화학반응성이 낮은 화합물은 제외한다.

(2) 특징 : 휘발성유기화합물은 산업체에서 많이 사용되고 있는 용매와 화학 및 제약공장 플라스틱의 건조공정에서 배출되는 유기가스 등까지 매우 다양하며, 저비점 액체연료, 파라핀, 올레핀, 방향족화합물등 우리 생활주변에서 흔하게 사용되는 탄화수소류들이 거의 VOC이다. VOC는 독성화학 물질이고(특히 방향족화합물 및 할로겐화 탄화수소물질), 광화학산화물의 전구물질이며(olefin류의 탄화수소가 광화학반응성이 큼) 성층권의 오존층 파괴물질이기도 하며 또한 지구온난화에도 영향을 미치는 물질이기도 하다.

(3) 규제대상 VOC : 현재 국내 환경부에서 규제대상 VOC로 고시하고 있는 물질(환경부고시, '98. 7.1.)은 레이드 증기압, 광화학반응성, 물질사용량, 발암성등 유해성을 감안하여 31개를 선정하여 규제하고 있으며 앞으로 규제대상 물질을 점차로 확대하여 나갈 계획으로 있다. 

표 3.9.1 국내의 규제대상 VOC 물질 (31종)

Acetaldehyde

Acetylene

Acetylene dichloride

Acrolein

Acrylonitrile

Benzene

1,3-Butadiene

Butane

1-Butene, 2-Butene

Carbon Tetrachloride

Chloroform

Cyclohexane

1,2-Dichloroethane

Diethylamine

Dimethylamine

Ethyl Alcohol

Ethylene

Formaldehyde

n-Hexane

Isopropyl Alcohol

Methanol

Methyl Ethyl Ketone

Methylene Chloride

Methyl Tertiary Bytyl Ether

Propylene

Propylene Oxide

1,1,1-Trichloroethane

Trichloroethylene

휘발유

납사

원유

표 3.9.2 Preliminary European list of target VOC ozone precursors. (26종)

Ethane

1-Butene

Isoprene

Ethyl Benzene

Ethylene

trans-2-Butene

n-Hexane

o-Xylene

Acetylene

cis-2-Butene

2-Methylpentane

m-Xylene

Propane

n-Pentane

3-Methylpentane

1,2,4-Trimethylbenzene

Propene

i-Pentane

n-Heptane

1,3,5-Trimethylbenzene

n-Butane

trans-2-Pentane

Benzene

i-Butane

cis-2-Pentene

Toluene

표 3.9.3 US EPA list of target VOC ozone precursors. (55종)

Ethene

2-Methyl-2-butene

trans-2-Hexene

2-Methylheptane

Ethylene

Cyclopentene

cis-2-Hexene

3-Methylheptane

Ethane

trans-2-Pentene

Methylcyclopentane

n-Octane

Propylene

3-Methyl-1-pentene

2,4-Dimethylpentane

Ethyl benzene

Propane

1-Pentene

Benzene

m-Xylene

iso-Butane

cis-2-Pentene

Cyclohexane

p-Xylene

n-Butane

2,2-Dimethylbutane

2-Methylhexane

Styrene

trans-2-Butene

3-Methylpentane

2,3-Dimethylpentane

o-Xylene

1-Butene

2-Methylpentane

3-Methylhexane

n-Nonane

iso-Butene

2,3-Dimethylbutane

2,2,4-Trimethylpentene

iso-Propylbenzene

cis-2-Butene

Isoprene

n-Heptane

n-Propylbenzene

Cyclopentane

4-Methyl-1-pentene

Methylcyclohexane

1,3,5-Trimethylbenzene

iso-Pentane

2-Methyl-1-pentene

2,3,4-Trimethylpentane

1,2,4-Trimethylbenzene

n-Pentane

n-Hexane

Toluene

나. 자연계분포(환경용량) 및 오염원

(1) 자연적 배출원

(가) 습지 등 혐기성 조건하에서 박테리아의 분해를 통해서 메탄이 생성되어 배출되거나

(나) 수목류로부터는 terpene 등이 배출되며

(다) 초지(grass land)에서는 주로 ester와 ketone 등이 배출된다.

(2) 인위적 배출원

(가) 고정배출원(점오염원, 면오염원)

  용제를 사용하는 도장시설, 석유정제 및 석유화학제품 제조시설, 정유사 및 저유소의 저장시설과 출하시설 및 주유소, 세탁소 및 인쇄소 등 면오염원에서도 일부분 배출된다. 또한 인간의 일상생활과 밀접한 관계가 있는 소비상품(예 : 실내공기 청정물질, 스프레이), 건축자재(예 : 페인트, 접착제) 등에서도 배출된다.

(나) 이동배출원

  자동차, 기차, 선박, 비행기 등의 배기가스에도 다량 포함되어 있다.

(3) 배출원별 VOC 배출량

  국가마다 약간씩 차이는 있지만 일반적으로 이동배출원인 자동차에서 30∼40%, 

도장시설등 용제를 다량 사용하는 시설에서 30∼40%, 주유소 및 석유 저장.출하시설에서 10∼20% 를 차지하며, 

세탁소 및 기타 배출원에서 나머지 10∼20% 정도가 배출되고 있다.

다. 독성 영향

(1) VOC가 유발하는 최대효과는 NOx 존재하에서 OH 라디칼 연쇄반응에 관여하여 오존을 시발로하는 광화학적 산화성 물질을 생성하는 것인데 일반적으로 VOC의 대기중 광화학반응은 다음과 같이 표시될 수 있다.

   VOC + 2NO + 2O2 → R'C(O)R" + 2NO2

   NO2 + hv (<400nm) → NO + O

   O + O2 + M → O3 + M

------------------------------------------

   VOC + 3O2 → R'(C(CO)R" + 2O3

(2) 휘발성유기화합물들은 물질에 따라 광화학스모그을 유발시키는 정도가 다른데 이러한 대기중에서의 광화학반응성 정도는 일반적으로 에틸렌을 기준물질(POCP = 100)로 하여 오존생성능력(POCP : photochemical ozone creating potential )으로서 표현되며 개별 화합물들의 POCP는 표 3.9.4와 같다. 표에서 살펴보면

(가) 1,2,4-Trimethylbenzen 및 Acrolein이 120으로 제일 높은 POCP 값을 나타내고 있고

(나) 일반적으로 올레핀 탄화수소류와 방향족 탄화수소류가 높은 POCP 값을 나타낸다.

(다) 한편, 메탄 및 클로르포름 등 할로겐화탄화수소류는 낮은 POCP 값을 나타낸다.

(라) Benzaldehyde는 다른 VOC 들과는 달리 대기중의 NOx와 반응하여 Peroxybenzoyl Nitrate를 생성하는데 이 물질은 대기중의 질소산화물을 감소시켜 오존생성을 억제시키므로 POCP 값이 음수(-35)로 나타나고 있다.

(3) 대류권 오존생성에 영향을 미치는 VOC는 광화학반응성이 높은 물질이 문제가 되는데, 반응성을 평가하는 수법의 기준이 되는 것은 OH 라디칼과의 반응속도이다. 표 3.9.5 에 주요 VOC의 반응속도와 대기중의 존재시간(반감기)를 나타내었는데 표에서 알수 있듯이 염소계용제는 광화학반응성은 낮지만 대기중 수명이 길어 오존층 파괴, 지구온난화 유발물질로 인식되고 있고, 또한 인체에 대한 직접적인 발암성도 더 큰 것으로 나타나고 있다.

(4) 방향족 탄화수소와 할로겐화탄화수소 등은 그 자체로서 건강에 유해하며, 특히 다고리방향족 탄화수소류는 대기중에 미량으로 존재하더라도 발암가능성이 있다. 발암성이 인정되는 몇가지 VOC에 대한 발암위험성을 표 3.9.6에 나타내었다.

참고문헌

1. H.J.Th.Bloemend, J.Burn(1997) Chemistry and Analysis of Volatile Organic Compounds in the Environment.

2. 국내 VOC 관리의 현황과 문제점(1997), 한국대기환경학회

3. 유해대기오염물질 규제에 관한 국내 대응방안 연구(1994), 한국환경기술개발원

4. 휘발성유기화합물 방지기법 세미나(1996), 한국정보기술원

5. 유해가스 배출량 산정에 관한 조사연구(I) & (II)(1995,1996), 국립환경연구원

6. 휘발성유기화합물 저감대책 기술의 국제동향 조사보고서(1997), 한국에너지기술연구소

7. 대기환경규제지역 휘발성유기화합물질 배출시설 규제 업무편람(1999), 환경부

8. 자원환경대책(일본)(1994), Vol.29, No.2, 1∼22

9. 도장공학(일본)(1992), Vol.27, No.8, 374∼395

10. 울산의 휘발성유기화합물 현황과 정책 전망(1999), 울산지역 환경기술개발센터

작성자 : 대기공학과 환경연구관 차준석(공학박사)

이 자료는 국립환경연구원에서 발간한 환경자료집(1999년판)을 이용하여 만들었으므로 법령기준등은 현재와 차이나는 경우가 많이 있습니다.

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