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문제 정의
- 따라서, 본 연구에서는 차량 내 에어컨 작동 시 실내로 유입되는 악취유발 화학물질의 분석과 그 발생원의 확인을 통해 차량 내 악취발생원인을 규명하고자 한다.
제안 방법
- 휘발성유기화합물류는 Tenax-TA 흡착제가 200 mg이상 충진 되어있는 Tenax-TA 흡착튜브 (Supelco, USA)와 소형펌프 (MP-Σ100, Sibata, Japan)를 이용하였으며, 100 mL/min으로 10분간 총 1 L의 시료를 채취하였다. Tenax-TA 흡착튜브는 GC/MSD-Thermal Desorption system (Agilent 6890N/5973- PerkinElmer Turbomatrix ATD, USA)로 분석하였다.
- 차량 내 에어컨 작동 시 실내로 유입되는 공기와 미생물 배양 종료 후 시료주머니에서 채취한 공기에 대한 냄새 평가는 판정인 5명이 후각을 이용하여 직접 판정하였다. 냄새특성 (Odor quality)은 판정인이 냄새를 맡고 연상되는 느낌 중에서 공통적인 특징을 선정하였으며, 냄새세기 (Odor intensity)에 대한 판정기준은 Table 3에 나타내었다 [1]. 화학물질의 최소감지농도 (Odor threshold) 및 화학물질농도와 냄새세기의 상관관계는 환경부 자료를 인용하여 나타내었다 [1].
- 차량 내 에어컨 작동 시 실내로 유입되는 화학물질이나 미생물에 의해 생성된 MVOCs를 정성·정량하기 위한 표준물 및 시험기기를 요약하여 Table 1에 나타내었다. 미생물을 동정 및 배양하기 위한 PDA (potato dextrose agar)배지는 Potato starch 4.0 g, Dextrose 20.0 g, Agar 15.0 g, 증류수 1 L를 혼합한 후 121℃, 15분간 멸균하여 제조하였다.
- 밀봉된 시료주머니는 배양기로 옮겨 28℃에서 5일간 배양하였다. 배양 종료 후 시료주머니에 들어있는 공기를 2.3.1항과 동일한 방법으로 채취하고 분석함으로써 미생물에 의해 생성된 MVOCs를 확인하였다.
- 흡입된 공기를 성장 배지 (Merck, Envirocheck plates)의 표면에 충돌시킨 후 배양기로 옮겨 28℃에서 48시간을 배양하였다. 배양기에서 48시간 동안 증식한 미생물 중에서 대표적인 3종을 분리하였고, 각각을 PDA 배지를 이용하여 28℃에서 5일간 배양시켰다. 순수 분리된 미생물을 ㈜마크로젠에 의뢰하여 16S rRNA유전자 염기서열분석방법을 통해 미생물을 동정하였다.
- 순수 분리된 미생물을 PDA 배지에 개별 접종한 후, 25 L 시료주머니에 각각 넣고 공기를 10 L씩 채운 후 밀봉하였다. 밀봉된 시료주머니는 배양기로 옮겨 28℃에서 5일간 배양하였다.
- 배양기에서 48시간 동안 증식한 미생물 중에서 대표적인 3종을 분리하였고, 각각을 PDA 배지를 이용하여 28℃에서 5일간 배양시켰다. 순수 분리된 미생물을 ㈜마크로젠에 의뢰하여 16S rRNA유전자 염기서열분석방법을 통해 미생물을 동정하였다.
- 1N-NaOH 수용액 40 mL를 제조하여 2개의 임핀저에 20 mL씩 나누어 담고 직렬로 연결한 후 1 L/min으로 1분간 1 L의 공기를 채취하였다. 유기산 분석은 분석용 시료용액을 넣은 바이알에 NaCl 2.3 g을 넣고 2% 황산 1 mL를 가하여 충분히 섞은 후 전처리 장비인 Headspace Samplers (PerkinElmer TurboMatrix 40, USA)로 교반(90℃, 20분) 후 바이알 상층부 기체층으로 유기산이 용출되면 이를 GC/FID (PerkinElmerClarus 680, USA)에 주입하여 분석하였다.
- 차량 내 에어컨 작동 시 실내로 유입되는 공기와 미생물 배양 종료 후 시료주머니에서 채취한 공기에 대한 냄새 평가는 판정인 5명이 후각을 이용하여 직접 판정하였다. 냄새특성 (Odor quality)은 판정인이 냄새를 맡고 연상되는 느낌 중에서 공통적인 특징을 선정하였으며, 냄새세기 (Odor intensity)에 대한 판정기준은 Table 3에 나타내었다 [1].
- 차량 내 에어컨 작동 시 실내로 유입되는 미생물을 포집하기 위해 운전석방향 송풍구에서 에어샘플러 (Merck, MAS-100)를 이용하여 20 L의 공기를 흡입하였다. 흡입된 공기를 성장 배지 (Merck, Envirocheck plates)의 표면에 충돌시킨 후 배양기로 옮겨 28℃에서 48시간을 배양하였다.
- 실험을 진행하기 전에 대상 차량의 차문을 모두 개방하여 차량 내 공기를 30분간 환기시켰다. 차량을 밀폐한 후 에어컨을 내기모드로 작동시키고 운전석방향 송풍구에서 25 L 시료주머니 (Tedlarbag)를 이용하여 차량 내로 유입되는 공기를 채취하였다. 채취된 공기는 차광막에 넣어 실험실로 운반한 후 대표적 악취유발 화학물질인 질소화합물류, 황화합물류, 알데히드류, 휘발성유기화합물류, 지방산류에 대한 분석을 “악취공정시험방법”에 따라 진행하였다 [10].
- 황화합물류는 채취한 공기를 Thermal Desorption System (PerkinElmer Turbomatrix 300, USA)을 이용하여 농축하였으며, 농축된 시료는 황화합물에 대해 선택성이 좋은 GC/ FPD (PerkinElmer Clarus 680, USA)를 사용하여 분석하였다.
대상 데이터
- 대상 차량은 출고된 지 3년 이내이고 누적주행거리가 50,000 km미만인 차량으로 에어컨을 작동시켰을 때 악취가 심하게 느껴지는 차량을 선정하였다.
- 휘발성유기화합물류는 Tenax-TA 흡착제가 200 mg이상 충진 되어있는 Tenax-TA 흡착튜브 (Supelco, USA)와 소형펌프 (MP-Σ100, Sibata, Japan)를 이용하였으며, 100 mL/min으로 10분간 총 1 L의 시료를 채취하였다.
이론/모형
- 채취된 공기는 차광막에 넣어 실험실로 운반한 후 대표적 악취유발 화학물질인 질소화합물류, 황화합물류, 알데히드류, 휘발성유기화합물류, 지방산류에 대한 분석을 “악취공정시험방법”에 따라 진행하였다 [10].
성능/효과
- Aspergillus versicolor에 의해 생성된 MVOCs는 Dimethyl sulfide 0.0139 ppmv, n-Valeric acid 0.050 ppmv, iso-Valeric acid 0.033 ppmv이 최소감지농도 이상으로 검출되었다. 기타 n-Heptane 0.
- 검출된 지방산류 (n-Butyric acid, n-Valeric acid, iso-Valeric acid)는 땀냄새, 젖은 구두에서 나는 냄새 등 시큼한 냄새특성이 있으며 검출농도에 따른 냄새세기는 2.5~3.5도로 평가되었다. 이 결과는 에어컨 작동 시 실내로 유입되는 공기의 직접관능법에 의한 냄새세기 판정결과 (2~3도)와 거의 일치하였다.
- 438 ppmv이 최소감지농도 (Odor threshold) 이상으로 검출되었다. 기타 Xylene 0.09 ppmv, 2-Ethylhexanol 0.008 ppmv, Ethylbenzene 0.018 ppmv이 검출되었으나 최소감지농도 이 하였고, 2-Phenyl-2-propanol 0.026 ppmv이 검출되었으나 최소감지농도는 확인할 수 없었다.
- 438 ppmv이 최소감지농도 (Odor threshold) 이상으로 검출되었다. 기타 Xylene 0.09 ppmv, 2-Ethylhexanol 0.008 ppmv, Ethylbenzene 0.018 ppmv이 검출되었으나 최소감지농도 이 하였고, 2-Phenyl-2-propanol 0.026 ppmv이 검출되었으나 최소감지농도는 확인할 수 없었다.
- 또한, Methylobacterium aquaticum에 의해 생성된 MVOCs는 Methyl mercaptane 0.0058 ppmv, Dimethyl sulfide 1.5747 ppmv, iso-Valeric acid 0.001 ppmv이 최소감지농도 이상으로 검출되었다. 기타 Methyl ethyl ketone 0.
- 또한, 차량내부로 유입되는 공기의 냄새세기는 검출된 황화합물류와 지방산류의 농도에 영향을 받는 것으로 확인되었다.
- 본 연구를 통해 차량 내 에어컨 작동 시 실내로 유입되는 악취유발 화학물질들을 확인할 수 있었고, 이 물질들은 미생물들에 의해 생성됨이 확인되었다. 본 선행연구를 기반으로 차량 내부로 유입되는 미생물의 생장장소 확인, 생물막의 생성과정 및 성분분석, 미생물의 생장을 가능하게 하는 영양원(흙, 먼지, 유기물 부스러기 등) 분석 등의 추가적인 연구를 통해 궁극적으로는 생물막의 생성 및 미생물의 증식을 억제할 수 있는 방안을 찾을 수 있을 것이다.
- 차량 내 에어컨 작동 시 실내로 유입되는 공기는 직접관능법에 의한 냄새평가에서 퀴퀴하고 시큼한 냄새특성이 있었으며 냄새세기는 2~3도로 판정되었다. 에어컨 작동 시 실내로 유입되는 공기에서 검출된 화학물질들을 요약하여 Table 4에 나타내었다.
- 차량 내 에어컨 작동 시 실내로 유입되는 공기는 퀴퀴하고 시큼한 냄새특성이 있었으며 냄새세기는 2~3도로 판정되었다. 에어컨 작동 시 실내로 유입되는 공기에서는 화학물질인 Hydrogen sulfide 0.
- 차량내부로 유입되는 공기의 시큼한 냄새특성은 검출된 지방산류 (n-Butyric acid, n-Valeric acid, iso-Valeric acid)에 의한 것이며 Aspergillus versicolor에 의해 n-Valeric acid, iso-Valeric acid가 생성되었고 Methylobacterium aquaticum에 의해 iso-Valeric acid가 생성됨이 확인되었다.
후속연구
- 본 연구를 통해 차량 내 에어컨 작동 시 실내로 유입되는 악취유발 화학물질들을 확인할 수 있었고, 이 물질들은 미생물들에 의해 생성됨이 확인되었다. 본 선행연구를 기반으로 차량 내부로 유입되는 미생물의 생장장소 확인, 생물막의 생성과정 및 성분분석, 미생물의 생장을 가능하게 하는 영양원(흙, 먼지, 유기물 부스러기 등) 분석 등의 추가적인 연구를 통해 궁극적으로는 생물막의 생성 및 미생물의 증식을 억제할 수 있는 방안을 찾을 수 있을 것이다.
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