오염원에 따른 대기화학 반응 실시간 측정, 실험, 구현까지
기후와 인간건강에 미치는 영향 분석
대기 화학적인 관점에서 미세먼지, 지구온난화 원인 파악
현재 지구 대기의 구성은 인간의 다양한 활동으로 변화되었는데, 인간의 삶은 편리해졌을지 몰라도, 지구 대기는 점점 시름시름 앓고 있다. 그 대표적인 예가 지구온난화이고, 우리는 현재도 기록적인 폭우를 겪으며, 지구온난화의 가해자이자 피해자이기도 하다. 대기화학은 대기의 화학적 특성을 연구하는 학문 분야로 대기 화학자들은 인간의 활동으로 변화된 대기를 관찰하고 문제들의 원인을 찾으며 이론을 정립하는 연구를 지속하고 있다. 국내에서는 Y-KAST로 선출된 김화진 교수의 활동이 눈에 띈다.
2023 한국차세대과학기술한림원(Y-KAST) 회원 선출
서울대 보건대학원 김화진 교수가 한국차세대과학기술한림원 회원으로 선출되며 우리나라 과학기술을 선도할 차세대 리더로 인정받았다. 그는 이미 KIST에서 8년간 근무하며 대기화학 모니터링 및 모델링, 대기 환경 오염원 및 특성 규명 연구를 진행해 관련 분야에 전문성을 갖춘 연구자다. “Y-KAST에 선정돼 정말 감사한 마음이 큽니다. 연구소에 있다가 학교로 오니 그 책임감이 더 커지는 것 같아요. 연구뿐만 아니라 교육에도 매진하며 관련 분야 인력양성에도 힘쓰라는 뜻으로 알겠습니다. Y-KAST를 통해 다양한 분야의 젊은 연구자들과 교류할 수 있는 장이 마련돼, 제 연구의 새로운 지평을 열 수 있을 것 같아 기대됩니다” Y-KAST 선출 원동력은 그가 서울대에 부임할 수 있었던 원동력과 일맥상통한다. AMS 기반 고해상의 미세먼지 국제 공동 측정망 구축을 통한 동북아시아 미세먼지 오염원 규명, 실시간 HR-ToF-AMS 를 이용한 서울시 미세먼지 생성 및 오염원 특성 평가 등을 성공적으로 수행하며 좋은 평가를 받았다. 특히 그는 AMS(Aerosol Mass Spectrometer, 에어로졸 질량 분석기), PTR-MS 등 고해상 실시간 질량 분석기를 활용하여, 대기 중의 오염원, 화학반응 메커니즘 등을 이끌어 내는 능력면에서 큰 인정을 받았는데, 이를 실험실에서 구현할 수 있는 시스템 구축 능력까지 갖추며 우리나라 대기화학 연구의 새 장을 열 신진연구자로 눈도장을 확실히 찍었다.
눈에 보이지 않는 대기를 눈에 보이게 모델링하기 까지
대기의 화학반응 메커니즘을 파악해, 실험실에서 구현할 수 있는 점은 학생들을 가르치는 교육자로서 큰 강점이 된다. 직접 현장에 나가지 않아도, 실험실에서 대기화학 반응 메커니즘을 배우며 학생들은 실력을 다질 수 있다. 물론 현장성은 김화진 교수 연구실이 갖춰야 할 필수조건이기도 하다. 그는 서울대에서 대기화학 모니터링 및 모델링 연구실을 꾸려 연구와 교육에 매진하고 있다. 연구는 2개의 큰 틀로 나눌 수 있는데, 대기의 화학반응이 기후환경에 어떤 영향을 미칠지와 인간의 건강에 어떤 영향을 미칠지다. 전자로는 첫 번째, 대기 중에 어떤 오염물질이 있고 오염원이 무엇인지 실시간 측정하고 분석하는 연구다. “측정도 쉽지 않고 분석하는 것도 오래 걸리는 끈기와 인내와의 싸움입니다. 대기에 무엇이 있는지 모르는 상태에서 스캐닝하는 거라 무엇이 고농도 미세먼지의 주요 원인인지 브레인스토밍을 합니다. 연구원들과 추측하고 실험실에서 구현하는 과정이 진행됩니다” 두 번째로는 반응실험을 통한 모수화 연구다. 실험을 통해 수치적인 파라미터를 확보해 모수화하는 것이며 이는 모델링으로 연결된다. 현재 과기부 지원으로 2025년까지 다중스케일 챔버를 활용한 초미세먼지 생성기작 규명 연구로 수행하고 있다. 인간건강 영향 평가 관련해서는 연구재단 중견연구자과제로 ‘가스상 물질에서 기인한 미세먼지의 독성학적 메커니즘 규명 연구’가 선정돼 현재 진행 중이다. “서울대병원과 협력 연구를 하며 오염원별로 건강에 어떤 영향을 미치는지 연구하고 있습니다”라며 그는 “대기 중 기후 변화 유발 물질의 주요 오염원 및 광화학 특성 규명, 배출원별 탄소성 입자의 기후 변화 영향 평가 연구를 진행하면서, 오염원에 따라 입자의 색깔이 다르다는 걸 알았어요, 기후나 인간건강에 미치는 영향이 서로 연결된다는 흥미로운 점을 발견했고, 연구주제나 내용이 점점 확장되고 있습니다”라고 설명했다. 덧붙여 “기존에 고려되지 않았던 신종물질들이 대기 중에 많이 나오기도 하는데요, 눈에 보이지 않는 대기이기에 아직도 우리는 아는 것 보다 모르는 부분이 더 많이 있습니다. 전체물질의 10%밖에 모른다고 생각합니다. 어떤 점에 관심을 두느냐에 따라 저희 연구주제는 무궁무진하게 펼쳐질 수 있습니다. 탄소중립 달성을 위해 배출원이 바뀌는데, 대기 화학적 구성 및 특성이 어떻게 바뀌는지, 그리고 끊임없이 배출되는 새로운 신종물질, 예를 들면 대기 중 미세플라스틱 관련 연구 등에 도전해보고 싶습니다” 이밖에도 연구그룹에서는 기업체들과의 기술 협력 등을 통한 인증 및 실용화 관련 연구들도 진행하고 있다.
“나의 학생들이자 나의 연구 동료”
김화진 교수는 대학에 와서 같이 연구할 수 있는 동료가 생겼다는 것에 감사한 마음을 전했다. 비록 타이틀은 학생이지만, 그에겐 연구동반자이자 미래엔 연구 동료가 될 인재들이기도 하다. “저는 학생들이 하고 싶어 하는 분야에 길을 만들어주려고 노력하고 있습니다. 아무래도 자신이 흥미를 갖고 동기 부여가 되어야 성과 또한 따라오는 거라서요. 환경의 중요성이 점점 부각되고 있는데, 환경 분야에 새로운 획을 그을 저희 대기화학 분야에 많은 학생이 관심을 두고 지원해주면 좋겠습니다”
[이슈메이커=임성희 기자]
