인공 유기 에어로졸 형성에 대한 새로운 연구, 지역적 영향 확대 시사

[이미디어= 황원희 기자] 인위적인 유기 에어로졸은 인간 활동에 의해 배출되는 탄소 함유 입자로, 공기 중에 존재하는 입자상 물질로 분류된다. 이는 심각한 건강 위험을 초래하며 매년 전 세계적으로 수백만 명의 사망자를 내기도 한다. 특히 대도시에서는 교통, 산업, 가정에서 발생하는 불완전 연소 과정에서 유해하고 호흡 가능한 입자가 형성되는 배기가스가 주요 원인이 된다.

최근 제네바에 위치한 유럽 원자력 연구 기구 CERN의 국제 연구에서 인위적인 유기 에어로졸의 형성 과정에 대한 새로운 통찰이 제시되었다. 연구 결과에 따르면, 유기 에어로졸이 종종 여러 산화 단계를 거친 후 형성된다는 점에서, 이러한 오염 물질의 지역적 영향이 이전에 예상했던 것보다 더 넓을 수 있다는 것이 밝혀졌다. 이는 미세먼지 필터를 사용하여 공장에서 발생하는 배출만 줄이는 것만으로는 충분하지 않으며, 전구체 가스의 배출까지 통제해야 함을 시사한다.

연구자들은 전통적으로 유기 에어로졸이 단일 산화 단계를 거쳐 형성된다고 가정했다. 예를 들어, 테르펜과 이소프렌과 같은 천연 전구체 가스는 빠르게 산소를 추가하여 고체 공기 입자를 형성한다. 그러나 이번 연구에서는 자동차 배기가스와 유기물 연소에서 나오는 톨루엔과 벤젠과 같은 전구체 가스가 고체 입자를 형성하기 전에 여러 산화 단계를 거친다고 밝혀졌다.

"이 발견은 오염 물질이 주로 배출원 근처에서 형성된다는 이전의 가정에 도전한다."라고 연구 프로젝트를 이끄는 스위스 소재 PSI 에너지 및 환경과학센터의 이마드 엘 하다드는 설명했다. 그에 따르면 대신에 인공 에어로졸이 더 긴 형성 과정을 거쳐 그 영향이 지역적으로 확장된다는 것을 보여줬다.

이번 연구는 CERN의 CLOUD 시뮬레이션 챔버에서 진행되었다. 이 챔버는 세계에서 가장 깨끗한 대기 시뮬레이션 환경을 제공하며, 연구자들은 온도와 압력을 극도로 정밀하게 제어할 수 있었다. 70명 이상의 연구자들은 도시 대기 오염을 시뮬레이션하고, 유기 에어로졸 형성을 추적하기 위해 협력했다.

CLOUD 시설은 스테인리스 스틸 실린더의 용량이 26세제곱미터에 달하며, 고정밀 센서로 실시간으로 대기 중 변화를 관찰할 수 있다. 연구팀은 시뮬레이션된 도시 스모그 환경에서 배기가스가 유기 에어로졸로 변하는 과정을 추적했다.

연구의 결론은 초기 산화 후가 아니라 6시간에서 2일 사이의 추가 산화 단계를 거친 후에야 상당한 비율의 인위적 유기 에어로졸이 형성된다는 것이다. 연구팀은 이 다단계 산화가 전체 인위적 유기 에어로졸 오염의 70% 이상을 차지한다고 추정하고 있다.

이 연구는 대기 오염 모델을 개선하여, 입자 물질 농도를 더 정확하게 예측하고 지역적 영향을 더 잘 이해할 수 있게 해준다. 연구자들은 또한 입자 필터뿐만 아니라, 고체 입자를 형성하는 전구체 가스의 배출을 제어하는 중요성도 강조했다. 이는 대기 오염을 보다 효과적으로 방지하고 공중 보건을 개선하는 데 도움이 될 것으로 보인다..

한편 이 연구는 네이처 지오사이언스(Nature Geoscience)에 게재됐다.