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문제 정의
- 최근 전기를 동력을 하는 차량으로 일부 교체하였으나 시범 운행 단계이며, 대부분 디젤차량이 사용되고 있는 실정이다. 따라서 본 연구의 목적은 코끼리 열차의 연료형태, 탑승위치, 운행상태에 따른 탑승객의 UFP의 노출 수준을 파악하고자 한다.
제안 방법
- 기술통계를 사용하여 농도를 표현하였고, 산술평균과 표준편차를 구하였다. 데이터 분석 시, 주행과 정차에 의한 농도 변화 비교를 위해 코끼리열차 운행시 열차의 시작점인 종합안내소에서 열차 탑승 후 열차 출발 시까지와 제1정류장인 대공원역과 제2정류장인 서울랜드에서 승객들의 승, 하차가 이루어지는 구간을 정차로 보았고 각 지점간의 열차운행을 주행으로 보았다. 자료는 샘플 수가 적어 비모수 통계를 사용하였고, 연료형태, 운행상태, 탑승위치에 따른 차이는 Wilcoxon rank-sum test를 이용하였다.
- 디젤엔진에서 배출되는 물질의 제어에 있어서는 발생원을 제거하는 것이 최선의 방법이지만, 단기간에 모든 디젤차량을 전기차량으로 바꾸는 것이 현실적으로 어렵기 때문에 디젤엔진에서 연소 후에 배출되는 입자들을 걸러주는 디젤 매연 여과 장치(Diesel Particulate Filter) 또는 디젤 산화 촉매장치(Diesel Oxidation Catalyst: DOC)를 차량에 장착하는 방법과 배출구의 위치를 차량위로 높게 변경하는 방법을 도입하는 것을 제안한다. 미국의 경우, 어린이들의 건강을 보호하기 위해서 디젤을 연료를 하는 스쿨버스를 대상으로 DOC 를 장착하여 배기가스의 입자상 물질에 의한 건강상 영향을 줄이고자 하였으며, 장착 후 미세먼지의 경우 20-94% 줄어 드는 것으로 나타났다12).
- 출발지인 종합안내소를 시작으로 대공원과 서울랜드에서 정차를 하여 다시 종합안내소로 돌아온다. 디젤을 연료로 하는 코끼리 열차와 전기를 이용하는 코끼리 열차 이용에 따른 UFP 노출수준의 변화를 보기 위해 디젤을 연료로 하는 코끼리 열차는 7회, 전기를 이용하는 코끼리 열차는 3회를 탑승하여 총 10회 측정을 하였고, 측정위치는 열차의 앞뒤 농도비교를 위해 앞좌석과 뒷좌석에서 동시에 이루어졌다. 총 4칸의 차량 중 첫 번째 차량 가장 뒤쪽에 디젤 배기구가 있었고, 여기서 앞좌석은 두 번째 차량의 맨 앞이자 디젤배기구 바로 뒤를 의미하며, 뒷좌석은 네 번째 차량의 맨 뒷칸을 의미한다.
- 본 연구는 두 가지 연료의 열차내의 UFP노출 수준을 하루에 반복 측정하였다. 이 방법은 온습도, 풍향 풍속 등 자연환경에 대한 영향을 고려하기 어려운 단점을 가지고 있으나 이들 인자들이 노출 수준에 미치는 영향은 미비할 것으로 사료된다.
대상 데이터
- 본 연구는 2011년 10월 19일 하루에 걸쳐 열차 이용에 따른 UFP의 노출수준을 측정하기 위해 서울대공원 내 코끼리열차 운행경로에 따라 차량에 탑승을 하여 진행하였다. 측정 당일의 평균 온도는 12.
- 코끼리 열차는 1984년 등장 이후 서울대공원내의 대표적 이동수단으로 연간 500만명(2008년 기준)이 이용하고 있다. 총 길이 23 m, 운전자가 있는 견인차를 포함하여 총 4칸으로 이루어져 있다.디젤을 연료로 하는 열차 7대가 운행되고 있었으나, 디젤차량 운행시 불완전연소로 인해 배출되는 매연이 주변 사람들로 하여금 시각적·후각적 불쾌감을 느끼게 하고 건강상 영향이 있음에 문제제기 된 바 있다.
데이터처리
- , Cary, NC, USA)를 이용하여 측정된 자료를 분석하였다. 기술통계를 사용하여 농도를 표현하였고, 산술평균과 표준편차를 구하였다. 데이터 분석 시, 주행과 정차에 의한 농도 변화 비교를 위해 코끼리열차 운행시 열차의 시작점인 종합안내소에서 열차 탑승 후 열차 출발 시까지와 제1정류장인 대공원역과 제2정류장인 서울랜드에서 승객들의 승, 하차가 이루어지는 구간을 정차로 보았고 각 지점간의 열차운행을 주행으로 보았다.
- 데이터 분석 시, 주행과 정차에 의한 농도 변화 비교를 위해 코끼리열차 운행시 열차의 시작점인 종합안내소에서 열차 탑승 후 열차 출발 시까지와 제1정류장인 대공원역과 제2정류장인 서울랜드에서 승객들의 승, 하차가 이루어지는 구간을 정차로 보았고 각 지점간의 열차운행을 주행으로 보았다. 자료는 샘플 수가 적어 비모수 통계를 사용하였고, 연료형태, 운행상태, 탑승위치에 따른 차이는 Wilcoxon rank-sum test를 이용하였다.
- 통계분석은 SAS 9.3 (SAS Inc., Cary, NC, USA)를 이용하여 측정된 자료를 분석하였다. 기술통계를 사용하여 농도를 표현하였고, 산술평균과 표준편차를 구하였다.
성능/효과
- 1,2) 입자상 물질 중 ultrafine particles (UFP)은 공기역학적 직경이 100 nm 보다 작은 미세입자로서 디젤을 연료로 사용하는 차량에서 불완전 연소로 인해 주로 배출되는 오염물질로 알려져 있으며, 호흡 시 사람의 폐포까지 깊숙이 침투해 폐질환, 천식 등 호흡기 질환 및 심혈관 질환 등의 문제를 일으킨다.3,4) 농도가 증가 할 경우 이들 질환에 의한 발병률 및 사망률 증가를 초래하게 되며 입자가 작을수록 통계적으로 유의하게 증가 한다. 미세 디젤분진은 다환 방향족 탄화수소, 헤테로 고리 화합물, 페놀류등의 돌연변이 물질, 발암물질 및 기타 독성물질을 함유하고 있으며 국제 암 연구소 (IARC)의 Group 1A 발암성 물질로서, 특히, 폐암을 일으킬 수 있다고 알려져 있다5,6).
- 본 연구에서 측정된 코끼리 열차 탑승객의 노출 수준은 디젤을 연료로 하는 스쿨버스 내의 노출 수준인 7,300 pt/cc ~ 34,000 pt/cc의 범위의 농도 보다 상당히 높은 것으로 나타났다.8) 전기 차의 농도는 낮았으나 3회 측정 중 마지막으로 측정된 뒷좌석에서의 농도가 비교적 높은 것은, 측정 시 근처에 봉고차의 운행이 있었기 때문이었다. 전기자동차는 디젤, 가솔린 등 화석연료를 사용하는 연료 자동차를 대체하기 위하여 개발되고 있다.
- 10) 디젤차량에서 배출되는 일산화탄소의 측정과 실험을 통하여 정차 시에는 차량이 이동할 때 생기는 바람에 의한 공기의 움직임이 생기지 않기 때문에 배출 물질이 잘 퍼져나가지 못한다고 보고하고 있다.9) 일반적으로 자동차 정차와 주행의 시간비율을 보면 정차시간이 총 운행시간의 25%를 차지할 정도로 많은 비율을 차지하고 있다.11) 특히, 도로 옆에 정차하거 나, 터미널 등에서 잠시 정차 할 때 시동을 끄지 않는 경우, 배출물질의 확산이 잘 되지 않기 때문에 운전자뿐 아니라 보행자에게도 영향을 미칠 수 있다.
- 둘째, 디젤차량에 있어서 UFP 노출수준은 차량의 운행상태 및 좌석의 위치에 따라 차이가 있음을 알 수 있다. 정차 시는 배기구에서 가까운 앞좌석에서, 주행 시에는 배기구의 위치와 열차의 이동에 따른 영향으로 뒷좌석에서 높았다.
- 그러므로 배출구에서 거리가 먼 뒷좌석에서 주행 시 UFP 노출 수준에 더 많은 영향을 받았을 것이라 생각된다. 뒷자리가 배출구에서 멀리 있기 때문에 배출물질에 더 노출되지 않을 것이라는 예측에서 벗어나, 주행 시에는 앞좌석보다 뒷좌석에서 더 높은 농도를 나타냄을 본 연구를 통해 알 수 있었다.
- 디젤차의 뒷좌석에서의 UFP 노출 수준은 주행 시에 뒷좌석에서 앞좌석보다 UFP 노출 수준이 통계적으로 유의하게 높았다. 이는 길이가 23 m인 코끼리 열차 특성에 의해, 정차 시 정체되어 있던 배기구 주변 공기의 흐름이 차량 속도로 인해 퍼지게 되어 앞 좌석의 농도가 낮아지고 차량 움직임으로 인해 배출물질이 뒷좌석에 영향을 미치게 된 것이라고 추정된다.
- 뒷좌석의 UFP 평균농도는 70,306±18,882 pt/cc(n=7)이고, 범위는 49,685~ 89,388 pt/cc 였다. 디젤차의 앞뒷좌석에서 UFP 농도는 전기차보다 모두 통계적으로 유의하게 높았다(p= 0.03). 디젤차의 앞좌석 농도는 뒷좌석보다 약간 낮았지만 통계적으로 유의한 차이가 없었다 (p=0.
- 본 연구의 결과를 통하여 디젤차의 승객이 노출되는 UFP의 농도가 전기차에 비해 현저하게 높음을 확인하였다. 본 연구에서 측정된 코끼리 열차 탑승객의 노출 수준은 디젤을 연료로 하는 스쿨버스 내의 노출 수준인 7,300 pt/cc ~ 34,000 pt/cc의 범위의 농도 보다 상당히 높은 것으로 나타났다.8) 전기 차의 농도는 낮았으나 3회 측정 중 마지막으로 측정된 뒷좌석에서의 농도가 비교적 높은 것은, 측정 시 근처에 봉고차의 운행이 있었기 때문이었다.
- 본 연구의 결과를 통하여 디젤차의 승객이 노출되는 UFP의 농도가 전기차에 비해 현저하게 높음을 확인하였다. 본 연구에서 측정된 코끼리 열차 탑승객의 노출 수준은 디젤을 연료로 하는 스쿨버스 내의 노출 수준인 7,300 pt/cc ~ 34,000 pt/cc의 범위의 농도 보다 상당히 높은 것으로 나타났다.
- 앞좌석에서 주행하는 동안 UFP의 평균농도는 27,019±13,113pt/cc 이고, 노출 범위는 10,823 pt/cc ~48,165 pt/cc였다. 앞좌석에서 정차 시 UFP 노출수준은 주행 시 농도보다 통계적으로 유의하게 높았다(p=0.03). 뒷좌석에서 정차 시 UPF 노출 수준은 주행 시가 약간 높았으나 통계적으로 유의한 차이가 없었다(p=0.
- 첫째, 연료에 따른 전기차와 디젤차의 UFP 농도는 디젤차량이 더 높았다. 따라서 전기차의 이용은 탑승객의 UFP노출을 현저하게 줄일 수 있다.
후속연구
- 미국의 경우, 어린이들의 건강을 보호하기 위해서 디젤을 연료를 하는 스쿨버스를 대상으로 DOC 를 장착하여 배기가스의 입자상 물질에 의한 건강상 영향을 줄이고자 하였으며, 장착 후 미세먼지의 경우 20-94% 줄어 드는 것으로 나타났다12). 또한 정차 시에 시동이 꺼지고 출발 시에 시동이 켜져서 공회전이 이루어져 정차시 에 배출량을 줄이고 연비를 향상 시킬 수 있는 Idling Stop and Go system의 장착 역시 배출원을 제어 할 수 있는 방법으로 제안할 수 있다.
- 전기차 내의 노출 수준은 비교적 안정적이고 낮기 때문에 디젤차의 측정보다 적은 횟수로 측정 하였다. 앞으로 환경 인자와 탑승객의 수 등에 대한 영향은 다양한 조건을 가지는 날에 반복측정 함으로써 추가 연구를 진행할 수 있을 것이다.
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