본 기사는 ENN이 전하는 최신 환경뉴스입니다. 앞으로 본지는 ENN은 물론 전세계 환경전문 언론에서 전하는 세계 환경문제도 함께 전달, 보도할 예정입니다. (편집자주)
작지만 위험한
새로운 연구는 오염된 거품 폭발로 생성된 에어로졸이 예상보다 훨씬 작다는 것을 보여준다.
[2023년 3월31일 = ENN] 차가운 탄산수.
해변에 부서지는 파도.
모닥불의 딱딱거리는 소리.
주전자의 증기.
이들은 편안한 주말을 만드는 것뿐만 아니라 우리 환경의 에어로졸의 원천이기도 하다. 비록 에어로졸의 이러한 원천 중 일부는 큰 걱정이 되지 않지만, 폐수 처리 공장과 같은 산업적 원천들과 심지어 바다 스프레이와 먼지와 같은 자연적인 원천들로부터 나오는 에어로졸은 환경과 심지어 공중 보건에 더 많은 영향을 줄 수 있는 능력을 갖추고 있다.
에어로졸은 공기 중에 떠 있는 액체 방울이나 미세한 고체 입자의 부유물이다. 에어로졸은 다양한 방법으로 생성되지만, 가장 중요한 원천 중 하나는 액체와 공기 사이의 계면에서 거품이 터지는 것이다.
대부분의 이전 연구는 오염된 영역이 더 널리 퍼져 있음에도 불구하고 "깨끗한" 거품에 초점을 맞췄다.
일리노이 대학 어바나-샴페인 기계 과학 및 공학 조교수인 제펑(Jie Feng)과 대학원생 정유 양(Jengyu Yang)은 얇은 기름층에 의해 코팅된 거품이 터지면 더 작은 크기, 더 많은 전체적인 방울수가 생성되고 더 빠른 속도로 방출된다는 것을 보여주었다.
깨끗한 물에서 발생하는 거품과 비교해 볼 때. "기름으로 코팅된 거품 폭발 시 특이한 제트 형성 강화"라는 이 연구는 최근 네이처 물리학지에 발표되었다.
에어로졸은 우리 환경에서 어디에나 존재하며 자연적이거나 인위적일 수 있다. 거품 폭발 에어로졸은 액체 계면을 가로지르는 질량 전달에 핵심적인 역할을 한다.
예를 들어, 바다 스프레이 에어로졸은 주로 바다 표면에서 거품이 터지면서 생성된다. 거품이 터지면서 발생하는 방울들은 대기 오염, 지구 기후, 심지어 전염병의 전염에도 영향을 미칠 수 있다.
이러한 물방울의 중요한 매개 변수 중 하나는 대기 중의 체류 시간과 운송에 영향을 주는 크기이다. 작은 물방울은 바람에 의해 더 쉽게 들어 올려지고 훨씬 더 멀리 이동할 수 있다.
펑과 양은 오염된 거품의 모델 시스템으로서 기름의 얇은 층이 거품을 터뜨리는 데 미치는 영향을 조사했다. 물 표면에서 밀리미터 크기의 맨 거품이 터지면 일반적인 크기가 약 100 마이크로미터(μm)(일반적인 사람의 머리카락은 약 100-200µm)의 방울이 생성된다.
이 연구에서, 그들은 터진 거품이 기름의 얇은 층으로 덮여 있을 때 물방울이 몇 µm만큼 작을 수 있다는 것을 발견했다. 또한, 맨 거품 폭발은 일반적으로 초당 1m(m/s)의 토출 속도로 방울을 생성하는 반면, 기름 코팅 거품 폭발은 최대 10m/s의 토출 속도로 방울을 생성한다.
펑은 "우리 연구의 주요 결론은 이러한 오염된 거품에 대해 오염 물질을 마이크론 크기의 물방울로 효과적으로 에어로졸 화할 수 있다는 것을 발견했다는 것이다."라고 요약한다.
폐수 처리 공장과 같은 산업 환경에서는 오염된 작은 방울이 공장에서 일하는 사람들에게 상당한 위험을 초래할 수 있다.
이러한 환경에서 거품이 터지면 산성 미스트와 바이오 에어로졸이 생성될 수 있다. 오염된 거품이 크기 분포 및 배출 속도에 미치는 영향을 이해하는 것은 효과적인 개인 보호 장비를 설계하고 그러한 시설 근처의 공기 및 수질에 대한 추가 지침을 구현하는 데 중요하다.
더 넓은 범위에서, 에어로졸은 날씨, 기후, 그리고 심지어 인간의 건강에도 영향을 미친다.
"이 물방울들은 병원균, 박테리아, 그리고 바이러스를 옮길 수 있다, "라고 양은 말했다.
"이 작은 에어로졸들이 더 높게 분출될 수 있을 때, 작은 크기와 더 높은 분출 속도는 그들이 더 오랫동안 대기에 머물 수 있도록 도와줄 수 있다. 에어로졸의 크기와 구성을 이해하는 것은 글로벌 모델링 노력을 개선하는 데 중요하다. 게다가, 이러한 오염된 방울은 더 작은 에어로졸이 더 큰 에어로졸보다 호흡기에서 더 멀리 침투할 수 있어서 감염뿐만 아니라 오염 물질 확산의 더 큰 위험을 초래할 수 있다."
이 연구에 이바지한 다른 사람으로는 빙창 지(Bingqiang Ji, 공동저자, MechSE, UIUC)와 제시 T. 올트(Jesse T Ault, 브라운 대학교 공과대학 조교수)가 있다.
다음은 ENN과 UNIVERSITY OF ILLINOIS GRAINGER COLLEGE OF ENGINEERING가 전하는 뉴스링크입니다.
https://www.enn.com/articles/72274-tiny-yet-hazardous
https://mrl.illinois.edu/tiny-yet-hazardous-new-study-shows-aerosols-produced-by-contaminated-bubble-bursting-are-far-smaller-than-predicted
본지 객원기자(외신) 이상현 소개
서울 영동고등학교를 거쳐 미국 Beverly Hills 고등학교를 졸업하고 Parks College of Aviation & Engineering,에서 항공우주공학 석사를 취득했다.
미국의 McDonnell Douglas (현 The Boeing Company)와 NASA와의 연구 협업 및 파견 근무 등 다양한 경력을 거친 후 현재 국내 지에프오엔엠㈜ / 총괄사업 이사로 근무중이다.
