김영훈 교수(화학공학과) 연구팀, 도로변 비배연 입자의 3차원 공간 분포와 보행자 노출 위험 규명

– 타이어 마모 입자·탄소 블랙·중금속의 높이·거리별 분포 분석을 통한 보행자층 내 흡입 노출 핫스팟 규명–

-국제 저명 학술지 Journal of Hazardous Materials에 논문(IF: 11.3, Environmental Sciences 분야 Rank 95.1%, Q1) 게재 -

공동1저자 김민성 ​석사과정생​, 박민 석사과정생

본교 화학공학과 김영훈 교수 연구팀(석사과정 김민성, 박민)은 도로변 비배연(Non-exhaust) 입자—타이어 마모 입자(TWP), 탄소 블랙(CB), 철·아연 등 중금속—의 수평 및 수직3차원 분포를 체계적으로 규명하였다. 이번 연구는 기존 단일 지점·단일 높이 측정의 한계를 넘어, 도로 표면 먼지(0–30 m 거리 분해)·보행자층 공중 시료(0–2 m 높이 분해)·식물 잎 침착물이라는 세 가지 상보적 측정 전략을 통합하여, 보행자 노출 핫스팟을 정량적으로 파악하는 새로운 3차원 프레임워크를 제시했다는 점에서 큰 의미를 가진다.

연구팀은 서울 내 세 개 전형적 도로변 환경(개방 하천 변Zone A, 교차로 대기질 모니터링 스테이션Zone B, 수직 녹지 버퍼Zone C)을 선정하였다. Zone A에서는 도로 경계로부터 0–30 m 거리에 걸쳐 도로 표면 먼지를 수거하여 TWP·CB·중금속의 수평 농도 구배를 정량화하였다. Zone B에서는 0.1·0.5·1.0·1.5·2.0 m 높이에서 동시 공중 시료를 채취해 보행자층 수직 분포를 측정하였으며, Zone C에서는 높이별 잎 표면 침착물을 분석하여 대기 이동 경로를 시간 통합적으로 검증하였다. 강우 세정 효과도 강수 전·후 비교 실험으로 평가하였다.

연구팀은 거리 의존 표면 하중 함수S(x)와 높이 감쇠 함수Cref(h)를, Amato 포장도로 모형을 적용한 재부유 계수와 결합하여 3차원 공중 입자 농도장과 TWP 농도장을 구축하였다. 모델 예측에 따르면, 도로 경계 1 m·높이 0.5 m 지점의 공중 입자 농도는184.4 µg/m³에 달해 AirKorea PM10 「매우 나쁨」 기준(≥151 µg/m³)을 초과하는 것으로 나타났다. 또한 동일 수평 위치에서 반려동물 호흡 높이(0.5 m)→성인 호흡 높이(1.7 m)로 이동하는 것만으로 농도가 약 1 오더(order)만큼 감소하여, 도로변 내 짧은 수직·수평 이동거리가 노출량에 큰 변화를 유발함을 정량적으로 증명하였다.

본 연구는 보행자 노출 평가의 새로운 3차원 정량 프레임워크를 제시하여, 아동·반려동물 등 저호흡 높이 집단의 비배기 입자 노출 위험이 기존 성인 기준 모니터링에서 과소평가될 수 있음을 실증하였다. 수직 녹지 구조물, 진공 노면 청소, 호흡 높이 특이적 노출 기준 등 미세 조정된 노출 저감 전략 수립에 직접 기여할 수 있다. 향후 다양한 기상 조건·도로 구조·차량 조성에 대한 모델 확장이 기대된다.

해당 논문은 Journal of Hazardous Materials (IF = 11.3, Environmental Sciences 분야 상위 Rank 95.1%, Q1)에 게재되었으며, 국립환경과학원(NIER-2025–04–02–077, NIER-2025–01–01–057, NIER-2026–01–01–019)의 지원으로 수행되었다.

공동1저자인 김민성 석사과정생은 현재까지 SCI급 국제학술지에 제1저자로 5편의 논문을 게재하는 등 우수한 연구 역량을 입증하였다(J. Environ. Chem. Eng. (2024), Build. Environ. (2025), Sci. Total Environ. (2025), Surf. Interf. (2025), J. Hazard. Mater. (2026)). 또한 한국공업화학회 우수 논문상, 실험실창업경진대회 최우상, Chem Frontier 창의설계대회 대상(금호석유화학상)을 수상하였고, 석사연구장려금(연구재단)을 지원받고 있다.

공동1저자인 박민 석사과정생 역시 SCI급 국제학술지에 제1저자로 5편의 논문을 게재하였으며(J. Environ. Chem. Eng. (2024), Sci. Total Environ. (2025), Solar Energy (2025), Chem. Eng. J. (2025), J. Hazard. Mater. (2026)), 학부 재학 중 우수졸업논문상(총장상)과 Chem Frontier 창의설계대회 대상(금호석유화학상), 석사우수장학생(과기부)을 수상하였고, 석사연구장려금(연구재단)을 지원받고 있다.

Web link: https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2026.142426