KIGAM 한국지질자원연구원

겨울이 다가오며 미세먼지 농도에 관심이 높아지고 있다. 재난영화의 한 장면 같은 잿빛 하늘, 탁한 공기는 지난 수년간 삼한사미라는 신조어를 탄생시켰고, 날씨와 더불어 미세먼지 농도를 확인하는 것이 일상이 되었다. 최근 미세먼지가 부쩍 줄어든 것 같지만, 근본적인 문제가 해결된 것이 아닌 코로나바이러스 감염증-19(COVID-19)의 영향으로 인한 일시적인 산업활동위축 때문으로 보고되고 있다. 탄소배출저감 및 화석연료 사용감축의 노력이 이어지고 있지만 미세먼지는 우리가 생각지도 못한 곳에서 여전히 발생하고 있으며 도처에 존재하고 있다. 이름 그대로 눈에 보이지 않게 계속 존재해 왔으며 지구환경을 변화시키고 있는 미세먼지. 최한나 선임연구원은 미세먼지가 지구환경에 미치는 영향을 밝히는 연구 여정을 이어가고 있다.

미세먼지가 지구환경에 미치는 영향
최한나 선임연구원(지하수연구센터)

미세먼지 연구의 시작

기후변화와 미세먼지는 최한나 선임연구원이 박사과정 때부터 관심을 두고 진행해온 연구주제였다. 기후변화 대응을 위한 온실가스 감축 방안 중 하나로 이산화탄소 포집과 저장에 관한 연구를 학위논문으로 다루었다고 한다.

“화석연료의 사용억제와 온실가스의 배출저감 방안에 주목하다 보니 자연스럽게 교통과 산업활동에 관련된 미세먼지를 함께 고민하게 되었습니다. 마침 정부의 기후변화대응 기본계획시기에 맞추어 미세먼지의 발생원별 특성과 강수 및 지표환경에 미칠 수 있는 영향을 주제로 하는 연구를 한국연구재단에 제안하게 되었습니다.”

관점의 독창성과 연구의 중요성을 인정받아 4년간 한국연구재단의 지원을 받아 연구를 진행할 수 있었다. 2018년 한국지질자원연구원에 입사하면서 미세먼지 연구를 계속해서 할 수 있을지 잠시 고민이 되었다고 한다.

“제가 미세먼지 연구를 시작한 지역은 서울이었어요. 대전도 같은시이기는 하지만 서울과 비교하면 공기가 맑은 지역이어서 여기서 과연 연구를 이어서 할 수 있을까 하는 고민이 있었습니다. 무엇보다 미세먼지 포집 장치가 상당히 고가의 장비이기 때문에 서울에서는 다른 연구실과 협업하는 형태로 연구를 진행했습니다. 마침 한국지질자원연구원에 미세먼지에 관한 선행연구를 진행하신 이평구 박사님과 염승준 박사님이 계셔서, 연구원에 입사 후 포집 장치를 빌릴 수 있을지 여쭤보았어요. 두 분 모두 흔쾌히 허락해주셔서 포집 장치를 두 대나 빌릴 수 있었고, 연구를 지속하는 데 많은 도움이 되었습니다.”

탐해 2호선에 설치한 분진 포집장치. 승조원이 장비를 살펴보고 있다.

포집 장치와 떠난 여행

최한나 선임연구원은 미세먼지 포집 장치와 함께 여행을 많이다녔다. 산간의 대기질을 알고 싶어 평창에도 갔었고, 해양의 배경 대기질을 파악하기 위해 포항에도 다녀왔다. 서울과 대전을 비롯해 평창, 포항 등 우리나라 방방곡곡을 다니며 같이 미세먼지를 포집해준 고마운 장비라며 포집 장치를 직접 소개해주었다. 포집 장치와 함께한 모든 순간이 소중하지만, 그중에서도 포항 탐해선에 올라 해양미세먼지를 포집했던 일이 가장 기억에 남는다고 한다.

“탐사선 건조단의 김진호 단장님과 석유해저연구본부 연구원 분들의 도움으로 제 인생 처음으로 연구선에 발을 딛게 되었습니다. 올려다보기에도 어마어마하게 높은 선박에 미세먼지 포집 장치를 달아 선박으로부터 배출된 미세먼지와 동해안 미세먼지배경 농도 연구를 원활히 수행할 수 있었습니다. 크레인으로 미세먼지 장비를 올릴 때 설렜던 마음과 혹시 장비가 바닥에 떨어 질까봐 가슴 졸이던 기억이 지금도 생생하게 떠오릅니다.”

최한나 선임연구원은 지금 돌아보면 독특하고 조그마한 연구를 수행하며 많은 박사님과 학생들의 도움을 받았던 것이 가장 큰 추억으로 여겨진다며 환하게 웃으며 다양한 연구를 할 수 있도록 적극적으로 지원해 준 김용철 센터장을 비롯해 도움을 준 분 들께 감사의 인사를 전했다.

강수에 의해 토양으로 침투 가능한 미세먼지의 이동경로를 파악하기 위한 실내 실험사진

비 온 후 하늘이 맑은 이유

오랜 기간 묵묵히 이어온 미세먼지 연구는 논문으로 정리해 springer 출판사의 Environmental Science and Pollution Research 저널에 게재하였으며, 올해 9월 23일에 온라인으로 출판되었다고 한다. 논문에서는 서울시 남부의 대기 중에 부유하는 미세먼지와 강수에 의해 지표면에 떨어진 미세먼지의 물리적, 화학적 특징을 다루고 있다. 최한나 선임연구원은 비 온 뒤 하늘이 맑아지고 공기가 깨끗해졌다는 느낌을 한 번씩 경험한 적이 있지 않은지 물으며, 실제로 눈과 비가 온 강수 발생일이후에는 미세먼지와 초미세먼지의 농도가 많이 감소한다는 사실을 논문에서도 제시하였다며 연구 내용을 좀 더 쉽게 설명해준다.

“미세먼지가 강수와 함께 지표에 떨어진다면 어떤 종류의 수용성 금속성분이 녹아 나오는지와 강수의 산성도가 용출 성분에 영향을 미치는지가 궁금했습니다. 제가 관찰한 샘플은 산성비가 온 날의 빗물이 그렇지 않은 날과 비교해 철과 알루미늄, 아연과 같은 금속성분이 상대적으로 높게 나타났습니다. 초미세먼지 입자를 전자현미경으로 확대하여 보면 작은 입자들이 뭉쳐져 있는 것이 보였는데, 미세먼지 입자는 산업활동이나 차량배기가스 등 에서 발생해 철과 알루미늄과 같은 금속성분이 탄소산화물과 섞여서 대기로 배출된 것임을 추측할 수 있었습니다.”

최한나 선임연구원은 미세먼지와 강수의 질산염 성분에서 질소동위원소를 분석하였을 때, 대기 온도와 질소 동위 원소값이 강한 반비례 관계를 보였고, 이는 날씨가 추워질수록 화석연료 연소로 형성된 미세먼지가 대기에 많은 영향을 미치는 것으로 해석할 수 있다고 이야기한다. 빗물의 황산염 동위원소 역시 이런추론을 뒷받침하는 결과를 보여주었지만, 수집하여 분석한 샘플의 수가 많은 편이 아니다 보니 일반화하기에는 더 많은 연구가 필요하다는 점도 덧붙인다.

“흥미로운 점은, 우리나라에서 미세먼지 경보가 발령된 시기와 그렇지 않은 시기에 미세먼지와 함께 포집된 미생물 군집의 조성이 다르다는 점입니다. 이 결과는 앞으로의 미세먼지 연구에 미생물을 활용하여 알아낼 수 있는 정보가 많다는 것을 시사하여 줍니다. 미생물 분석과 해석에 도움을 주신 김동훈 박사님과 시기별 강우와 미세먼지의 상관성을 토의하는 과정은 세상에 보탬이 되는 연구를 한다는 성취감으로 무척 즐거웠습니다. 제 연구는 우리나라의 도심지역 가운데 일부 지역을 조사한 것으로, 앞으로 더 많은 지역의 미세먼지와 대기질 연구를 하는 분들에게 작은 기여를 할 수 있다면 무척 기쁠 것 같습니다.”

2021년 한국지하수토양환경학회 추계학술대회에서 미세먼지 연구 논문을 비롯한 다수 우수논문 게재로 수상을 했다.

안전한 세상, 깨끗한 환경을 향한 첫걸음

최한나 선임연구원의 미세먼지 연구는 현재진행형이다. 박사후연구과정 동안 실험실에서 동료들의 도움을 받아 글래스비즈와 주문진사에 미세먼지 침투실험을 하였는데, 그 결과를 강수에의한 미세먼지의 습식침전과 연계하여 논문을 준비 중이라고 한다. 또한, 현재 투고 중인 대기질 조성을 학습시킨 딥러닝 기법 기반의 미세먼지의 농도예측을 좀 더 발전시켜 장기미세먼지 예측 프로그램을 개발하는 것이 목표이다.

“기후변화는 바로 우리 주변에서도 느낄 수 있습니다. 짧아진 장마철과 엄청난 가을 폭우, 예측이 힘든 날씨, 제트기류의 약화로 심화된 미세먼지 등 연구를 진행하며 관련된 이슈를 찾아보고지구환경의 변화에 대해 고민해 볼 기회를 가질 수 있었습니다. 전 지구적인 기후변화에 대응하는 노력으로는 매우 미약하고 시작일 뿐인 연구지만, 지질환경과의 상관성을 고민하며 조금이나마 안전한 세상과 깨끗한 환경을 물려주기 위해 보탬이 되는 연구를 하고 싶습니다.”