최근 미세먼지 이슈로 환경에 대한 관심이 커지고 있다. 대기 중 미세먼지는 인체의 건강에 나쁜 영향을 줄 수 있으며, 국제암연구소에서 1급 발암물질로 규정하고 있다. 특히 우리나라는 최근 대기 중 미세먼지 농도가 높아지면서, 국민들의 효과적인 대책마련과 함께 건강에 미치는 영향도 크게 높아지고 있는 실정이다.

그간 자동차 실내공기질 관련하여 지속적으로 환경이슈가 발생되어왔다. 2004년 새집증후군 이슈와 함께 새차 증후군이 사회적 이슈가 되었다. 이는 차 실내 내장재로부터 발생되는 휘발성유기화합물이 인체에 영향을 줄 수 있으며, 현재는 자동차관리법 제33조의3(신규제작자동차의 실내공기질 관리) 및 신규제작자동차 실내공기질 관리기준(국토부고시 제2013-549호)의하여 매년마다 국토교통부가 한국교통안전공단 자동차안전연구원을 통하여 신규제작자동차의 실내공기질을 조사하여 언론에 발표하고 있다. 2011년에 국산 및 수입 운행자동차에서 배기가스의 차 실내 유입된다는 문제가 있었으며, 배기가스 유입 현상이 확인됨에 따라 소비자 보호를 위하여 해당차종 약 31만대 무상 수리 권고 조치한 바 있다. 최근 메탄올 세정액 분사시 차실내로 유입현상, 에어컨 백색가루 이슈 등 지속적으로 차 실내 공기질 관련 관심이 증가되고 있다.

자동차 실내 공기질에 영향을 미치는 인자는 외부 대기공기, 앞차에서 내뿜어지는 배기가스, 일부 공장 및 농업지역을 지나갈 때 냄새, 타이어와 도로에서 발생된 먼지 등 외부 오염원과, 사람이 숨 쉴 때 내뿜어지는 이산화탄소, 차 실내 내장재로부터 발생되는 휘발성유기화합물 등 내부 오염원으로 나누어질 수 있다. 또한 자동차는 주택 및 건축과는 다르게 이동하는 공간이며 주로 도로를 이동하게 되는데, 도로는 자동차들로부터 배출되는 여러 오염원들로 인하여 자동차 속도가 비교적 느린 도심에서는 도로에서 오염농도가 높고 도로에서 벗어날수록 오염농도가 낮은 편이다. 이러한 도심 도로를 주행할 때는 창문을 열어 환기하는 것도 쉽지 않고 그렇다고 공조장치를 내부순환모드로만 사용할 경우 사람들이 숨을 쉬어 내뿜는 이산화탄소 증가로 차 실내 환기가 되지 않으며, 산소부족 등 졸음운전이 유발될 수 있다.

 
이러한 여건들을 잘 다루어서 최근에는 여러 다양한 기술들이 개발되고 있다. 이를테면 외부 미세먼지 예보시 차량 통신으로 운전자에게 미세먼지 경보를 알려주고, 주행시 외부 높은 미세먼지 농도가 센서로 감지되면 외기유입모드에서 내부순환모드로 자동으로 전환되면 차 실내로 유입된 미세먼지 등 오염물질을 캐빈 필터 등 공조장치를 이용하여 저감하는 기술이다. 이러한 사항들을 소개하고자 한다.

미세먼지 차 실내 유입 시험

자동차는 미세먼지를 배출하는 오염원일 뿐만 아니라 앞에서 주행하는 자동차에서 배출되는 배기가스와 미세먼지에 노출되기 쉽다. 주택가보다 도로에서 미세먼지 및 배기가스 오염물질 농도가 상대적으로 높다. 실제 교통량이 많은 서울 신촌 도로에서 ‘자동차 환기조건에 따른 미세먼지 유입 측정 시험’을 연세대학교 환경공해연구소와 자동차안전연구원에서 공동시험을 했었다.

도로를 주행하면서 3가지 조건으로 시험을 하였는데, 첫 번째는 창문을 닫고 환기장치 내부순환모드를 사용한 경우, 두 번째는 창문을 닫고 외기유입모드를 사용한 경우, 마지막은 창문을 열고 외기유입모드를 사용한 조건이었다. 시험 결과는 창문을 닫고 내부순환모드를 사용한 조건에서 미세먼지는 0.7μg/㎥이었던 것이 외기순환 상태에서는 7.4μg/㎥로 증가했고, 창문까지 열었더니 90.4μg/㎥로 약 90배 급증했다. 초미세먼지도 비슷한 경향이었다.

이 시험결과로부터 창문을 열고 운전하면 차실내 공기가 환기가 되기보다는 오히려 외부의 미세먼지가 차 안에 유입되는 결과를 그대로 나타낸다. 또 한 가지는 창문을 닫고 외기유입모드로 사용한 경우 차량의 캐빈 필터로 걸러낸 바깥 공기를 끌어들이고 탁해진 내부 공기를 내보내는 방식으로 미세먼지 저감에 효과가 있다는 점이다.

차 실내 미세먼지 대응 기술 현황

●캐빈 필터(Cabin Air Filter)

모든 자동차에는 에어컨, 히터 등을 작동할 수 있고 외부 공기를 차실내로 유입시킬 수 있는 공조장치(HVAC Heating Ventilation Air Conditioning)가 장착되어 있다. 이 공조장치는 온도조절뿐만 아니라 외부에서 공기유입을 선택할 수 있는 외부유입모드와 내부순환모드 기능이 있다. 그리고 공조장치가 외부로부터 공기가 유입될 때 사용하는 캐빈 필터(Cabin Air Filter)가 장착되어 있다. 외부로부터 공기는 유입시키되 먼지, 꽃가루, 황사 등 외부 오염물질을 걸러주는 필터가 있다. 외부에서 들어오는 공기를 여과하여 차량 실내로 보내주는 역할을 한다.

예전에는 주로 부직포 등의 섬유필터(Dust Filter)와, 활성탄필터(Carbon Filter)가 포함된 활성탄 필터가 사용되어 왔다. 예전에는 큰 먼지가 공조장치에 쌓이는 것을 막기 위하여 주로 사용되었지만, 이제는 먼지뿐만 아니라 꽃가루, 미세먼지, 냄새 등 입자와 가스물질을 동시에 걸러주는 활성탄필터를 주로 사용하고 있다. 최근에는 초미세먼지를 걸러줄 수 있는 HEPA 필터가 사용되어지고 있다. 이 경우 공조장치 차압이 커지므로 HEPA 필터에 맞는 송풍모터의 풍량이 같이 설계되어야 한다.

섬유필터(Dust Filter)의 구조를 살펴보면, 외부 먼지, 꽃가루 등 큰 입자는 1차 필터에서 걸러지고 그보다 작은 입자, 숯 검댕이 등은 2차, 3차에서 걸러지는 구조이다. 활성탄필터(Carbon Filter)는 섬유필터(Dust Filter)에 활성탄 층을 추가하여 유해물질과 냄새 등을 잡아주는 구조이다.

한국공기청정협회에서는 자동차의 공조장치에 사용되는 자동차용 캐빈 필터에 대하여 성능시험을 실시하여 성능사양에 표시한 규정을 만족하였을 경우, 평균적인 국내 도로환경조건에서 자동차용 캐빈 필터 성능을 보장하는 경우 인증마크를 발급해 주고 있다. 시험방법으로는 압력손실, 분진 포집효율, 유해가스 제거효율, 환경안정성 시험, 유해가스 탈착시험, 연소성 시험, 항곰팡이성 시험, 미생물 시험, 최대분진포집용량 시험을 선정하였다.

●통합형 공조장치 시스템 개발(HVAC System)

고급자동차에는 차 실내 CO2(이산화탄소)량을 자동으로 모니터링해 주고 일정 수준을 넘어설 경우, 경고와 함께 신선한 공기로 순환시켜주는 공조장치가 개발되어 왔다. 차량의 실내는 운전자와 탑승자의 호흡으로 인해 장시간 운전한 경우, 차 실내 이산화탄소량이 증가하고, 산소량은 줄어들게 되어 졸음운전을 유발할 수 있다. 최근 이러한 시스템도 미세먼지 대응에 맞게 개선되어 왔다. 외부공기의 미세먼지 농도량을 감지하여 외부 미세먼지 농도가 높을 경우는 가능한 내부공기를 순환시키면서 최적 환기량에 맞게 외부 공기를 유입하고, 유입된 공기는 고성능 캐빈 필터를 거쳐 차 실내에 공급하게 된다.

한국도로교통공단 연구결과에 따르면 고속버스를 대상으로 차량 내 이산화탄소의 농도 변화를 측정한 결과 승차정원의 70% 이상이 탑승한 상태에서 90분 이상 연속 주행할 경우 차량 내 이산화탄소 농도는 평균 3,422ppm, 최대 6,765ppm을 기록하는 것으로 나타났다. 미국산업위생협회는 2012년 밀폐 공간 내 이산화탄소 농도가 2,000ppm을 초과하면 두통이나 졸음 등을 유발하며 5,000ppm을 초과할 경우 산소부족으로 뇌손상에 이르게 될 수 있다는 내용의 졸음운전 연구결과를 발표한 바 있다.

졸음운전 방지 및 미세먼지 저감 등 쾌적한 차 실내 환경 조건을 만들기 위해 최적 차실내 공기질 공조장치 기술들이 개발되고 있다. 예를 들면, 실내공기오염정도를 모니터링하기 위한 소형 통합 AQS(Air Quality Sensor) 센서 개발, 초미세먼지 농도 감지 센서 개발, 미생물의 서식 억제, 제균 및 운전자에게 쾌적한 운전 조건을 제공하기 위한 클러스터 이온발생기 기술, 캐빈 필터의 사용수명을 확인하여 교환 시기를 알려주는 캐빈 필터 교환 알림장치 기술, 공조시스템의 열교환기 등과 같은 자동차 공조시스템에 서식하는 곰팡이와 같은 미생물들의 서식 환경을 억제하는 표면처리 기술, 다기능 공기 청정기 등 통합제어 공조장치 시스템이 개발되어 지고 있다.

차 실내 공기질 소비자 대처방법

쾌적한 안전한 차 실내 운행여건을 위하여 다음과 같이 소비자 대처방법을 제안하고자 한다.

●쾌적한 실내 환경을 위하여 한 달에 한번 차 실내 청소를 한다. 청소 방법은 차량 위쪽부터 아래쪽으로 내려가면서 청소하며, 천장, 시트, 대시보드, 매트, 바닥 순으로 한다. 천장 대시보드 등은 천으로 닦아주며, 시트 및 바닥은 고성능 진공청소기를 사용하여 먼지와 이물질을 제거한다. 차에 가장 큰 오염원은 차량 매트이므로 매트 청소기를 활용하거나, 세척한 후 잘 말려서 사용한다. 먼지 방지 기능성 매트를 사용하는 것도 추천한다.

●자동차용 캐빈 필터를 적정한 시기에 교체하는 일은 매우 중요하다. 기본 6개월에 한 번씩 교환하고, 요즘 같이 미세먼지가 심한 계절에는 그보다 빨리 캐빈 필터를 교환하도록 한다. 애프터마켓의 휴대용 공기청정기를 사용하는 것도 좋으나 외부오염공기를 사전에 차단하는 것이 더 중요하므로 캐빈 필터를 주기적으로 교체한다. 캐빈 필터를 교체하지 않고 오래 사용할 경우, 필터 자체가 그동안 쌓여왔던 먼지 이물질 등으로 인해 오히려 오염원으로써 차 실내 공기를 좋지않게 하는 주범이 된다. 에어컨이나 히터를 처음 켰을 때 이상한 냄새가 난다고 느껴지면 캐빈 필터부터 교환하도록 한다.

●차량 운행시 계절에 맞게 에어컨, 히터를 사용하며 공조장치는 기본은 외기유입모드를 사용하고 다만, 미세먼지가 심한 날, 도심 지역 같이 대기 오염이 있는 경우는 내부순환모드를 사용하되 30분 간격으로 5분정도 외기유입모드를 사용하여 신선한 공기가 들어오도록 한다. 다만, 비가 오거나 추운 날은 앞 유리에 서리가 낄 수 있으며, 이 경우는 외기유입모드와 에어컨을 사용하여 서리를 제거하여 시야를 확보한다. 

글 / 임종순 (한국교통안전공단)

출처 / 오토저널 2018년 8월호 (http://www.ksae.org)