소나무 숲을 걷다 보면 가장 먼저 느낄 수 있는 것은 상쾌하고 신선한 향기입니다. 퍼듀 대학의 엔지니어들이 일련의 연구를 통해 실시한 결과에 따르면, 화학 제품(예: 공기 청정제, 왁스 멜트, 바닥 청소제, 탈취제 등)을 사용하여 소나무 향이나 기타 아로마를 실내로 가져오면 공기가 나노 크기의 입자로 빠르게 채워지고, 이러한 입자는 폐 깊숙이 침투할 수 있다고 한다. 이러한 나노입자는 향수가 오존과 상호 작용할 때 형성되며, 오존은 환기 시스템을 통해 건물로 유입되어 화학적 변형을 일으켜 새로운 공기 중 오염 물질을 생성한다.

"숲은 깨끗한 환경이지만, 집에서 화학적으로 제조된 향이 가득한 세척 및 아로마테라피 제품을 사용하여 숲을 재현한다면 실제로는 흡입해서는 안 될 엄청난 양의 실내 공기 오염을 발생시키는 셈입니다." 퍼듀 대학교 라일즈 토목 및 건설 공학 대학의 조교수인 누스라트 융의 말이다. 크기가 불과 몇 나노미터에 불과한 나노입자는 호흡계 깊숙이 침투하여 다른 장기로 퍼질 수 있습니다. Jung과 동료 토목공학 교수인 Brandon Boor는 실내에서 나노스케일 공기 중 입자 형성을 연구하고 이를 실외 대기 과정과 비교한 최초의 연구자이다.

"실내에서 공기 중 입자가 어떻게 형성되는지 이해하려면 가장 작은 나노입자, 즉 단일 나노미터까지 측정해야 합니다. 이 규모에서 우리는 향수가 오존과 반응하여 작은 분자 클러스터를 형성하는 새로운 입자 형성의 가장 초기 단계를 관찰할 수 있습니다. 그런 다음 이러한 클러스터는 빠르게 진화하여 우리 주변 공기에서 성장하고 변형됩니다." 퍼듀 대학교 토목공학과 마저리 E. 호프만 박사 부교수의 말이다.

정과 부르가 실내 공기 질 연구를 위한 전용 주거 연구실 공간인 '소형 주택 연구실'에서 업계에서 최신으로 개발된 공기 질 계측기를 사용해 가정용 제품에서 휘발성 화학 물질이라 불리는 쉽게 증발하는 화학 물질이 어떻게 방출되고 가장 작은 공기 중 나노입자가 생성되는지 추적하고 있다.

Purdue zero Energy Design Guidance for Engineers(zEDGE) 랩이라고 불리는 이 작은 집은 일반적인 주택의 모든 기능을 갖추고 있지만, 일상 활동이 주택의 공기 질에 미치는 영향을 면밀히 모니터링하기 위한 센서가 장착되어 있다. Jung은 2020년에 최초로 지어진 이 랩의 설계를 주도했다.

정과 부르의 이러한 전례 없는 수준의 세부 사항과 정확성을 통해, 정과 부르가 발견한 바에 따르면 실내에서 사용하는 많은 일상 생활용품이 이전에 생각했던 것만큼 안전하지 않을 수 있다는 것이다. 아직 이러한 제품에서 나오는 휘발성 화학 물질을 흡입하는 것이 건강에 어떤 영향을 미치는지 밝혀지지 않았지만, 두 사람은 향수가 실내에 방출되면 오존과 빠르게 반응하여 나노입자를 형성한다는 사실을 반복적으로 발견했습니다. 이러한 새로 형성된 나노입자는 농도가 매우 높아질 수 있기 때문에 특히 우려스럽고, 잠재적으로 호흡기 건강에 위험을 초래할 수 있다.

정과 부르 박사는 이러한 발견이 강한 향이 나는 화학물질에 의해 유발되는 실내 나노입자 형성에 대한 추가 연구가 필요하다는 것을 보여 준다고 믿는다. "우리의 연구에 따르면, 향이 나는 제품은 단순히 기분 좋은 향의 수동적인 공급원이 아니라 실내 공기 화학을 적극적으로 변화시켜 건강에 심각한 영향을 미칠 수 있는 농도의 나노입자를 형성합니다. 이러한 과정은 건물과 HVAC 시스템의 설계 및 운영에서 고려되어 노출을 줄여야 합니다."라고 정박사는 말했다.

화학제품의 기분 좋은 향은 집안의 공기를 오염시켜
최근 발표된 논문에서 연구진은 일반적으로 불꽃이 없기 때문에 무독성으로 광고되는 향이 나는 왁스 멜트도 실제로는 양초만큼이나 실내 공기를 오염시킨다는 사실을 발견했다. 왁스 멜트와 기타 향이 나는 제품은 향을 담당하는 화학 화합물인 테르펜을 방출한다. 왁스 멜트는 여러 종류의 캔들보다 향유 농도가 더 높기 때문에 실내 공기로 더 많은 테르펜을 방출한다. 이러한 제품의 테르펜은 오존과 빠르게 반응하여 상당한 나노입자 형성을 유발한다. 사실, 왁스 멜트에서 발생하는 나노입자 오염은 연소가 없음에도 불구하고 양초와 오염 정도는 비슷하다. 이러한 발견은 향이 나는 화학 제품과 같은 나노스케일 입자의 비연소 공급원을 연구할 필요성을 만든다. Jung과 Boor는 또 다른 연구에서 에센셜 오일 디퓨저, 살균제, 공기 청정제 및 기타 향이 나는 스프레이도 상당수의 나노스케일 입자를 생성한다는 것을 발견했다. 하지만 실내 나노입자 오염에 영향을 미치는 것은 향이 나는 제품뿐만이 아니다. Boor가 주도한 연구에 따르면 가스레인지에서 요리를 하는 경우에도 대량의 나노입자가 배출된다.

1kg의 조리용 연료만으로도 3나노미터보다 작은 입자가 10조 개나 배출되는데, 이는 내연 기관이 달린 자동차에서 배출되는 양과 같거나 더 많다. 그 속도로라면, 실내에서 가스 스토브로 조리할 때 3나노미터 미만의 입자를 10~100배 더 많이 흡입할 수 있는데, 이는 분주한 거리에 서서 자동차 배기가스에서 흡입하는 양보다 더 많다. 그럼에도 불구하고, 향이 나는 화학 제품은 나노클러스터 에어로졸이라고 불리는 3나노미터보다 작은 나노입자를 생성하는 측면에서 가스 스토브와 자동차 엔진과 동등하거나 더 뛰어나다. 이러한 입자 중 1,000억 개에서 10조 개가 향이 나는 제품에 노출된 지 불과 20분 만에 호흡기에 축적될 수 있다.

실내에서 화학 물질 배출과 나노입자 형성에 대해 더 많이 알아보기 위해 Jung과 Boor는 업계 파트너와 협력하여 시장에 출시되기 전 퍼듀(Purdue)의 작은 집 실험실에서 새로운 공기질 측정 기기를 테스트하고 있다. 화학 제품을 생산하는 몇몇 회사는 이 실험실에 참여했는데, 일반적으로 실내 공기질 연구와 신제품 개발에 사용되는 실내 환경보다 더 현실적인 환경이기 때문이다.

"기업들이 퍼듀에서 최고 수준의 연구가 나오는 것을 보면, 그들은 그 일부가 되고 싶어합니다. 그리고 그들이 혁신적인 제품을 가지고 있다면, 그들은 전문가들이 그것을 한계까지 밀어붙이기를 원합니다." 연구를 주도한 정 박사는 말했다. 그러한 기기 중 하나는 입자 크기 확대경인 DURAG GROUP 회사의 GRIMM AEROSOL TECHNIK에서 개발한 스캐닝 이동성 입자 사이저(PSMPS)이다. 이 최첨단 기기를 사용하여 Jung과 Boor는 나노입자가 형성되기 시작하자마자 나노미터 크기의 나노입자를 측정할 수 있었다.

실내에서 새로운 입자 형성 및 성장 속도에 대한 고해상도 데이터를 수집하는 방법을 갖게 되면서 이 둘은 실내 및 실외 대기 환경 간의 나노스케일 입자 배출을 비교하는 획기적인 연구를 발표할 수 있었다. 실내 공기 질은 실외 공기보다 크게 규제되지 않고 덜 연구되었으므로 이러한 비교는 오염 물질 노출을 이해하고 실내 환경을 개선하는 데 중요하다.

Jung과 Boor는 또한 작은 집 연구실을 사용하여 헤어 케어와 같은 다양한 일상적인 가정 활동이 가정의 공기 질에 어떤 영향을 미칠 수 있는지 연구하고 있다. Jung과 그녀의 학생들은 여러 화학 물질, 특히 헤어 케어 제품에 널리 퍼져 있는 순환 휘발성 메틸 실록산이 사용 중과 사용 후에 놀라울 정도로 많은 양으로 공기 중에 남아 있다는 것을 발견했다. 집에서 한 번의 헤어 케어 세션에서 사람은 이러한 화학 물질의 누적 질량 1~17밀리그램을 흡입할 수 있다.

독성학자들은 이러한 연구를 바탕으로 실내에서 휘발성 화학 물질과 나노스케일 입자의 복잡한 혼합물을 흡입하는 것이 얼마나 해로울 수 있는지 정확히 알아내야 할 것이다. Jung과 Boor는 연구가 계속됨에 따라 그들의 발견이 실내 공기 질을 모니터링, 제어 및 규제하는 방법을 개선하기를 바란다.

"실내 공기 질은 우리가 살고 일하는 건물의 설계 및 관리에서 종종 간과되지만, 매일 우리의 건강에 직접적인 영향을 미칩니다. 소형 주택 연구실의 데이터를 통해 우리는 그 격차를 메우고자 합니다. 기본 연구를 모든 사람을 위한 더 건강한 실내 환경을 위한 실제 솔루션으로 전환합니다." Boor가 말했다.

정과 부르의 공기 질 연구는 대부분 미국 국립과학재단, 미국 환경보호청, 앨프레드 P. 슬로안 재단의 실내환경화학 프로그램의 지원을 받았다.

참조:
Journal References:
1. Satya S. Patra, Jinglin Jiang, Jianghui Liu, Gerhard Steiner, Nusrat Jung, Brandon E. Boor. Flame-Free Candles Are Not Pollution-Free: Scented Wax Melts as a Significant Source of Atmospheric Nanoparticles. Environmental Science & Technology Letters, 2025; 12 (2): 175 DOI: 10.1021/acs.estlett.4c00986
2. Jianghui Liu, Jinglin Jiang, Xiaosu Ding, Satya S. Patra, Jordan N. Cross, Chunxu Huang, Vinay Kumar, Paige Price, Emily K. Reidy, Antonios Tasoglou, Heinz Huber, Philip S. Stevens, Brandon E. Boor, Nusrat Jung. Real-time evaluation of terpene emissions and exposures during the use of scented wax products in residential buildings with PTR-TOF-MS. Building and Environment, 2024; 255: 111314 DOI: 10.1016/j.buildenv.2024.111314
3. Satya S. Patra, Jianghui Liu, Jinglin Jiang, Xiaosu Ding, Chunxu Huang, Connor Keech, Gerhard Steiner, Philip S. Stevens, Nusrat Jung, Brandon E. Boor. Rapid Nucleation and Growth of Indoor Atmospheric Nanocluster Aerosol during the Use of Scented Volatile Chemical Products in Residential Buildings. ACS ES&T Air, 2024; 1 (10): 1276 DOI: 10.1021/acsestair.4c00118