자동차 브레이크와 타이어 분진(환경오염의 숨겨진 원인)

 

1. 서론

제가 직전에 작성한 글에서 자동차의 미세먼지 배출량 및 비율에 대해 알아보았습니다. 

2022.10.18 - [세상만사/과학으로 아들녀석에 아는척 하기] - 자동차의 미세먼지 배출(엔진이 전부가 아니다.)

자동차의 미세먼지 배출(엔진이 전부가 아니다.)

연구논문을 읽어보고 글을 작성하는 과정에서 브레이크 및 타이어에서 발생하는 분진이 적지 않다는 것을 알게되었습니다.

좀 더 알고 싶은 마음에 검색하다가 아래 글을 보게 되었고 정보공유 차원에서 정리하였습니다. 참고로 아래 기사는 2021년 10월 기사입니다.

https://www.the-kingfisher.org/people/human_health/car_brakes.html

Car brakes and tyre dust: a hidden source of pollution

2. 기사 요약

2.1. 서론

• 자동차 운행 시 비배기 배출물에는 브레이크, 타이어 분진 및 도로 먼지가 있음.
• 비배기 배출물은 대기로 전달되는 중금속을 포함하고 있어 보행자와 다른 교통 이용자들에게 위험을 초래할 수 있음.
• 비배기 배출물은 배기가스 배출과 더불어 대기 오염의 상당한 원인으로 알려짐.
  • 배출물에는 일산화탄소(CO) 및 질소산화물(NOx)과 같은 가솔린 유래 화합물도 포함
  • 관련 연구에 따르면 비배기 배출물은
    • PM10 : 전체 PM10 중 50-75%에 해당 (PM10 : 직경 10㎛이하의 먼지)
    • PM2.5 : 전체 PM2.5의 15-40%에 해당 (PM2.5 : 직경 2.5㎛이하의 먼지)
    • 2030년까지 총 PM10 배출량의 약 94%와 PM2.5 배출량의 90%에 이를 수 있음.
• 하지만, 비배기 배출물에 대한 연구가 상대적으로 부족하고 추정하기도 어려움.
• 전기차의 발전으로 배기 배출물을 낮추는 방법은 마련되었지만, 비배기 배출물을 어떻게 해결할지는 여전히 미정인 상태.

2.2. 비배기 배출물?

• 브레이크 마모 배출물 
  • 풍동 내부와 시험 트랙에서의 자동차 실험은 브레이크 이벤트와 브레이크 공기 입자 사이의 상관관계를 보여줌
  • 금속 라이닝으로 구성된 브레이크 소재는 다른 소재에 비해 3~4배 높은 배출량을 보이는 것으로 조사됨
  • 차량 공기역학적 연구에서도 미립자 물질이 자동차의 드래그 과정에서 발생한다는 것이 밝혀져 있음.
  • 마찰력과는 달리 차량의 움직임에 저항하는 힘이 형성되며, 휠 타이어가 저항하여 공기 흐름을 방해하여 차량의 공기역학적 특성이 떨어짐.
    • 이러한 교란으로 인해 브레이크 및 타이어 미립자가 공중에 떠다니게 됨.
    • 브레이크 마모 배출물의 약 50-70%가 바닥에 가라앉지 않고 공중에 부유먼지 형태로 떠다니게 됨.
  • 제동 중에 처음에는 더 큰 입자(10㎛ 미만)가 휠에서 배출되고 이어서 더 작은 공기 중 입자(1㎛미만)가 배출
    • 다양한 크기로 공기중에 떠있는 미세먼지들은 버스 정류장에서 대기하는 것과 같이 자동차 근처에 직접 있지 않은 사람들에게도 영향을 미칠 수 있으며, 또한 도로에서 약 100m 떨어진 실내 사람들에게도 영향을 미칠 수 있음.
  • "타이어 및 도로 미립자의 입자와 비교하여 브레이크 분진이 가장 일반적인 비배기 배출원이라는 주장을 뒷받침하는 실질적인 연구가 있음"이라고 기사 내용이 있지만, 직전 글에서와 같이 조건에 따라 최대 배출량의 원인이 항상 브레이크인 것은 아님.

 

• 이러한 교통 관련 구성 요소에 대한 환경 및 인간의 노출을 올바르게 평가하기 위해서는 비배기 배출에 대한 더 많은 연구가 필요
  • 실제 실험의 한계 중 일부는 수집 과정에서 입자가 손실되면서 먼지를 샘플링하는 데 어려움이 있음 - 기계연구원에서는 연구를 잘 하신것 같음.
• 운행 중에 대기 중으로 배출되는 먼지에는 다양한 구성 요소가 포함되어 있음. 유럽 3개 도시(지로나, 취리히, 바르셀로나)의 거리를 표본으로 추출한 연구에서 다음과 같은 관찰 결과가 있음.
  • 아스팔트 : 주로 알루미늄, 칼슘, 철, 바나듐등 발견
  • 브레이크 마모 먼지 금속 : 철, 구리, 아연, 크롬, 주석 및 안티몬
    • 브레이크 패드에는 마찰 물질인 안티몬(Sb)이 포함되어 있으며, 이 중 상당량이 제동 중에 방출.
    • 안티몬은 발암성이 있는 것으로 확인
  • 타이어 분진 : 유기 탄소, 황 및 아연으로 구성.
• 자동차 미립자 물질은 암, 심장 질환 및 정신 질환과 관련이 있음.
  • 브레이크와 도로 먼지에는 발암성이 있는 것으로 알려진 중금속, 다환 방향족 탄화수소(PAH) 및 황화물이 포함되어 있음.
    • 도로 오염 및 기타 공급원에서 나오는 PAHs는 흡입될 수 있음.
    • 노출이 지속되면 호흡기를 자극될 수 있음
  • 국제암연구소(IARC)
    • 실외 대기 오염을 사람에게 발암성 물질로 분류
    • 배기가스 및 비배기가스이 폐암 발생의 15%를 차지.
  • 브레이크 패드 입자에 대한 연구는 시험관 내 실험실 환경에서 폐 세포에 노출되는 독성을 평가
    • 결과 : 중금속이 세포 수준에서 세포 죽음을 촉진하는 세포 접합 단백질을 감소시키고 염증 예방 사이토카인을 증가시킨다는 것을 보여줌

3. 읽은 느낌

• 기계공학으로 시작했다가 건강을 끝나는 기사.
• 비배기 배출 물질의 주원인인 브레이크, 타이어, 도로는 운송시스템을 운용함에 있어 필수적인 요소임.
• 비배기 배출 물질로 인하여 건강에 해가 된다는 증거들이 상당 수 있음.
• 차량("탈 것")의 엔진부는 전동화로 인하여 상당수 배출 물질이 줄어들 것으로 예상됨.
• 차량 전동화로 인하여 전체 미세먼지에서 비배기 배출 물질의 비중이 점차 증가할 것임.
• 따라서, 비배기 배출 물질에 대한 파악 및 절대량 감소를 위한 연구가 더욱 필요해 보임.

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긴 글 읽어주셔서 감사합니다.