화려한 불꽃놀이의 그림자, ‘기후변화’와 ‘환경오염’

시사위크=박설민 기자  지난 5일 ‘한화와 함께하는 서울세계불꽃축제(Seoul International Fireworks Festival)’가 막을 내렸다. 매년 9~10월 사이에 개최되는 이 행사는 세계 최대 규모의 불꽃축제 중 하나로 꼽힌다. 이번 행사에서도 여러 공연과 함께 약 100만명에 이르는 군중들이 몰렸다. 때문에 약 300억원 규모의 경제적 효과까지 발생했다.

이처럼 불꽃놀이는 전 세계인이 사랑하는 행사다. 역사도 길다. 기원전 200년 중국에서 처음 시작된 것으로 추정된다. 우리나라에서도 과거 조선시대, 악귀 쫓기, 서신 환대에 이용됐다. 실제로 태조 이성계, 세종 시대 역사 기록엔 명나라와 일본, 류큐 사신이 올 때 공식 행사로 후원에서 불꽃놀이를 했다는 기록이 있다.

하지만 화려한 불꽃 이면엔 어두운 그림자도 존재한다. ‘환경오염’의 문제다. 하늘 위로 쏟아붓는 막대한 양의 화약은 주변 대기오염의 주범이 된다. 뿐만 아니라 전문가들 사이에선 불꽃놀이가 기후변화, 빛 공해 등의 문제를 유발할 수 있다는 지적도 나온다.

◇ 폭죽입자, 하늘 위 3,000m에서도 발견… 바다 건너 수백km까지 퍼진다

실제로 불꽃놀이에서 발생한 오염물질은 대기를 타고 매우 먼 거리까지 퍼질 수 있다. 대표적 연구는 지난달 일본 기상연구소(Meteorological Research Institute, MRI), 미국 뉴햄프셔대·콜로라도대·NASA 랭글리연구센터 등 국제 연구진의 연구다. 이 연구에는 한국의 이미혜 고려대학교 교수팀도 참여했다.

공동 연구진은 2024년 2~3월 기간 미항공우주국(NASA)의 DC-8 연구항공기로 한국과 필리핀·대만·태국 주변 항공을 총 16차례, 회당 약 8시간 관측했다. 항공기에는 에어로졸 포집과 투과전자현미경(TEM) 등을 탑재, 대기 중 부유하는 입자 성분을 확인하도록 했다.

실험 결과, 불꽃놀이 관련 에어로졸 입자((FWP) 핵심 성분인 스트론튬(Sr), 바륨(Ba), 비스무트(Bi)가 최대 3,000m 고도에서도 발견됐다. 이들 성분은 불꽃의 붉은색과 녹색, 파열음 등 효과에 사용된다. 입자 내부에서는 불소와 알루미늄, 칼륨, 크롬 등 불꽃 화약에 사용되는 다른 원소들도 함께 발견됐다.

놀라운 것은 확산 범위다. 연구팀에 따르면 NASA DC-8 항공기가 한 번 비행할 때마다 불꽃놀이 관련 입자가 수백km에 걸친 넓은 지역에서 검출됐다. 바람을 타고 불꽃놀이에서 발생한 먼지가 바다 건너 다른 대륙까지 이동할 가능성이 있다는 의미다.

실제로 지난 2024년 2월 26일 한국 항공을 관측한 비행에선 서해 하늘의 불꽃놀이 관련 입자 비율 평균 비율이 최대 75%까지 치솟은 것을 확인했다. 약 200m와 1,200m 부근에서는 고농도 층이 따로 관측되기도 했다. 2월 24일이 중국 명절인 ‘원소절’로 불꽃놀이행사가 많은 것과 연관이 깊은 것으로 추정된다.

공동 연구진은 “불꽃놀이는 매우 아름답지만 국지적인 대기오염 수준을 급격히 증가시키는 요인으로 꼽힌다”며 “이번 연구에서는 국지적 오염을 넘어 불꽃놀이 입자가 넓은 지역을 이동, 대규모 지역 오염을 유발하고 인체 건강에 잠재적으로 악영향을 미칠 수 있음을 시사한다”고 설명했다.

◇ 불꽃놀이 오염물질. 기후변화도 가속화

대기를 타고 멀리 퍼진 불꽃놀이 오염물질 입자는 환경오염, 공기질 저하, 미세먼지 등의 요인이 된다. 뿐만 아니라 ‘기후변화’ 자체에도 문제가 될 수 있다는 지적도 있다. 태양복사를 산란·흡수하거나 구름 형성을 방해 혹은 촉진시켜 주변 기후에 이상 현상을 일으킬 수 있다는 것이다.

실제로 2020년 인도 우주연구기구(ISRO) 산하 ‘우주응용센터(SAC, Space Applications Centre)’ 연구팀은 현장 데이터, 지상 및 우주 LiDAR 관측, 위성 데이터를 이용, 인도의 대규모 불꽃놀이 행사가 여러 기후변화 유발 물질을 유발한다는 것을 밝혀냈다.

SAC 연구팀은 2020년 인도 디왈리에서 6일 동안 진행된 새해 불꽃놀이 행사를 관측했다. 그 결과, 지역 내 대기에서 ‘블랙 카본(BC)’, ‘미세먼지(PM10)’, ‘에어로졸 광학깊이(AOD)’ 농도가 각각 286%, 89.5%, 60.5% 증가한 것을 확인했다. 특히 폭죽 연기 에어로졸이 발생할 때 해당 물질 농도가 급증했다.

또한 연구진은 대기 성분 분석 장치인 ‘지상 라만 라이다(Ground-based Raman LiDAR)’를 활용, 높은 고도의 대기 변화도 관측했다. 그 결과, 불꽃놀이 폭죽으로 발생한 인위적 에어로졸 농도가 지상 5km 고도에서도 검출됐다. 이때 발생한 대기 오염물질인 이산화황(SO₂)과 질소산화물(NOₓ) 농도는 국제 기준을 초과했다.

불꽃놀이는 지역 태양 복사를 방해, 지역 기후에 심각한 악영향을 미쳤다. 폭죽 미세먼지는 태양빛을 차단, 지표에 도달하는 태양빛을 크게 줄였다. 이로 인해 지표면 온도는 크게 떨어졌다. 반면 블랙카본 등 물질은 태양복사를 대기 중에서 흡수해 공기층을 뜨겁게 만들었다. 하루 동안 최대 대기 가열률은 일시적으로 1.9℃ 수준에 이르렀다.

SAC 연구진은 “축제 기간 동안 대기 혼탁도 계수가 증가하는 추세를 보였는데 이는 폭죽 연소로 인해 발생한 연기 에어로졸이 주요 원인일 가능성이 높다”며 “불꽃놀이로 인한 대기오염은 태양 복사 이상과 거주민들의 호흡기, 심혈관 질환과 같은 심각한 건강 문제를 야기할 수 있다”고 설명했다.

아울러 주변 생태계에 악영향을 미치는 ‘빛 공해(Light pollution)’도 문제다. 이는 인공조명의 부적절한 사용으로 인한 과도한 빛이 건강과 환경에 악영향을 미치는 현상이다. 불꽃놀이는 순간적으로 강한 섬광을 발생시킨다. 또한 불꽃놀이 후 남은 연기, 에어로졸은 주변 조명을 산란시켜 밤하늘을 밝게 만드는 ‘스카이글로(skyglow)’를 강화시킬 수 있다.

영국 노리치대·대만국립중산대 연구진도 6월 발표한 논문을 통해 “불꽃놀이는 운전자의 주의를 산만하게 하고 야생동물을 교란하는 섬광을 만들어낸다”며 “또한 과도한 소음은 주변 동물들에게 영향을 미칠 수 있다”고 설명했다.

◇ 불꽃은 살리고 오염은 줄이고…‘친환경 폭죽’ 개발 속도

현재 불꽃놀이의 오염을 줄이면서도 행사 효과는 유지할 수 있는 대체 방안 마련이 중요하다는 목소리도 커진다. 최근 떠오르는 대안은 레이저쇼나 드론 등이다. 빛 공해 자체 등 문제는 해결이 어려워도 불꽃놀이에서 발생하는 에어로졸이나 소음은 크게 줄일 수 있기 때문이다.

다만 불꽃놀이는 행사에 있어 가장 중요한 이벤트다. 높은 인기 때문에 이를 강제로 줄이거나 규제하는 것은 사실상 불가능하다. 또한 드론, 레이저쇼로 대체하기엔 한계도 뚜렷하다. 불꽃놀이만이 갖는 화려함, 음향적 효과를 따라갈 수 없기 때문이다.

실제로 관련 산업 규모도 매년 성장하는 추세다. 코로나19 팬데믹 이후 급증한 축제·스포츠 이벤트 증가, 소득 증가 등이 시장 성장 요인이다. 글로벌시장조사업체 ‘비즈니스리서치인사이트’에 따르면 세계 불꽃놀이 시장 규모는 약 29억달러(약 3조8,787억원)으로 추정된다. 오는 2035년엔 40억9,000만달러(약 5조4,695억원)으로 추정된다.

따라서 주목받는 방법은 오염물질을 줄인 불꽃놀이용 폭죽의 개발이다. 실제로 해외 주요 연구기관들에선 관련 기술 개발이 이뤄지고 있다. 스페인 마드리드공과대학교(UPM) 연구진은 지난해 9월 온실가스 연관 물질 배출을 저감할 수 있는 폭죽을 새롭게 고안했다.

연구진은 기존 불꽃놀이용 플래시 파우더에 탄산수소나트륨, 재활용 유리를 첨가했다. 그 결과, 폭죽 폭발 과정에서 발생하는 이산화탄소(CO₂) 배출량이 50% 이하, 최대 62.5% 감소했다. 특히 탄산수소나트륨을 20% 첨가한 폭죽은 소음과 배출량은 동시에 줄이면서 폭발 성능은 일정하게 유지했다. 

아울러 전 세계에서 가장 많은 불꽃놀이 축제가 있는 국가 중 하나인 인도에선 정부 차원의 대책 마련도 진행 중이다. 인도 과학산업연구위원회(CSIR)는 지난해 2025년 12월 국립환경공학연구소(NEERI)에 ‘국립 친환경 폭죽 우수연구센터(Centre of Excellence for Green Firecrackers)’를 설립하기도 했다.

이 기관에서는 친환경 불꽃놀이 화약 개발, 원재료 특성 분석·표준화, 배출가스 및 입자 시험, 제품 성능평가, 인증 지원 등을 시행한다. 또한 최근에는 ‘녹색 폭죽(green firecrackers)’도 개발했다. 이는 기존 폭죽 대비 입자상물질(PM) 배출이 30~40% 적은 것으로 알려졌다. 올해 3월에는 인도 내 폭죽제조사 38개사를 대상, 새로운 화약에 대한 저배출 화약 조성, 시험·인증, 제조사 등록 절차 등을 논의했다.

N. 칼라이셀비 CSIR 사무총장은 “CSIR의 친환경 폭죽 개발은 다수의 중소기업을 지원하고 수십만 명의 생계를 유지하는 데 기여해왔다”며 “나그푸르와 카라이쿠디에 친환경 폭죽 우수연구센터는 관련 산업의 기술·연구 지원을 전국적으로 한층 강화할 수 있을 것”이라고 밝혔다.