대기 중 미세먼지의 농도는 인체에 유해한 영향을 미치며 사망률과 높은 관련성이 있다. 자동차에서 배출되는 PM, CO, NOx, VOCs 등과 같은 오염물질은 암, 천식, 알레르기와 같은 인체 호흡기 및 기타 질환을 유발한다. 임신 기간 중에 노출된 PM2.5의 농도 수준 및 광흡수율이 높을수록 출생아 몸무게가 감소할 수 있으며, 이것을 자동차 배출 관련 대기오염물질의 인체 위해성에 기인한 것으로 보고되었다(Slama et al., 2007). 특히 자동차 배출가스에 포함된 입자는 대부분 나노미터 크기의 극미세입자이므로, 세포 속으로 침투하기 쉽고, 단위 질량당 표면적이 상대적으로 커서 염증반응 등과 같은 생물학적인 반응성이 높을 수 있다(Oberdorester et al., 2005). 따라서 선진국에서는 이미 자동차 배출로 인한 미세입자와 시정장애, 호흡기 계통의 질병률 및 사망률 등의 관계에 대한 연구가 많이 진행되어 그 상관성이 점차 보고되고 있다. 미국 캘리포니아주는 자동차에서 배출되는 오염물질로부터 학생들을 보호하기 위하여 고속도로에서 500 ft(약 168 m) 이내에는 새로운 학교를 설립하지 못하게 제한하는 규정을 2004년부터 시행하고 있다(Green et al., 2004).
또한, 최근에 세계보건기구(WHO) 산하 국제암연구소(IARC)는 디젤 배기가스를 2A 등급(발암성이 있다고 추정)에서 1등급(인체 발암성을 충분히 입증)으로 상향 지정하였다. 현재 국가 및 지방자치단체에서 운영하고 있는 도시 대기 측정소 및 도로변 대기 측정소는 고정된 위치에서 PM10 질량농도와 가스상 물질 농도 등을 측정하고 있다. 그러므로 자동차에 의한 영향을 파악하기 어렵고, 대기오염도의 상세한 공간분포 자료를 확보할 수 없어서 인체 위해성 평가 결과의 불확실성이 클 수밖에 없다. 따라서 기존 측정소의 단점을 보완할 수 있는 공간적 고해상도로 오염도를 모니터링하는 실시간 측정 장비를 이용하여 도로상 대기오염도의 측정 및 분석이 필요하다.
본 연구에서는 이동형 대기오염 측정시스템(Mobile Lab, ML)을 이용하여 2011년 3월 3일(목)에 서울시 자동차 전용도로인 내부순환로를 총 8회(새벽, 오전 2회, 오후 2회, 저녁 2회, 밤) 주행하면서 입자의 수 농도 및 크기분포, 호흡기에 침착되는 입자의 표면적, NOx 및 CO2 농도, black carbon 농도 등을 동시에 측정하여 도로상 대기오염도의 시간 및 구간별 변화를 분석하였다. 또한, 2011년 2월 8일(화)에 내부순환로에 위치한 정릉터널과 홍지문터널을 하행방향 및 상행방향으로 주행하면서 입자의 수 농도 및 크기분포, 호흡기에 침착되는 입자의 표면적, NOx 및 CO2 농도의 측정 자료를 분석하여 터널 내부 오염도의 공간분포 및 오염도 수준에 대해 다음과 같은 결론을 얻었다.
첫째, 대기오염도의 하루 중 일변화는 새벽 3시에 최소값을 보였으며 출퇴근 시간인 오전 8시와 저녁 19시에 최대값을 나타냈다. 대기오염도와 교통량은 유사한 경향을 보였지만 선형상관성은 좋지 않았는데, 풍속 및 풍향과 같은 기상조건의 영향이 원인 중의 하나로 생각된다.
둘째, 기상조건의 영향이 적은 정릉터널과 홍지문터널 내부에서 대기오염도는 터널 입구에서 출구로 갈수록 대기오염도가 선형적으로 증가하였고, 거리에 따른 오염도 증가율은 교통량과 양호한 상관관계를 나타냈다. 따라서 터널 내부 오염도의 공간분포 특징을 정기적으로 모니터링하는 것이 도시지역에서 자동차 오염을 감시할 수 있는 좋은 도구가 될 것으로 생각된다.
본 연구와 같이 이동형 대기오염 측정시스템을 국내의 다양한 도로 및 터널 내부 오염도를 조사하는데 적용한다면 도로상 대기오염도의 상세한 공간분포 자료를 확보함으로써 국소 고농도 오염지역을 효과적으로 관리할 수 있을 것으로 기대되며, 터널별 오염도 수준의 비교뿐만 아니라 운전자의 노출 저감을 위한 적정 환기량 관리의 기초자료로 활용할 수 있을 것이다. 또한, 이러한 연구결과가 축적되면 자동차 환경 정책 수립에 도움이 될 것으로 생각된다.

Air pollution levels of gases and aerosol particles on the motor express way including tunnels were investigated through on-road measurement using a mobile emission laboratory (ML) on February 8, 2011 and March 3, 2011. The minimum concentration of pollutants were observed at the Section A (inside KIST) and at 3:00 A.M. The maximum concentration of pollutants were observed at the Section D & E (Tunnels) during rush hour. It was considered to be correlation between pollutant concentrations and traffic volume. The concentrations of NOx, CO2, number concentration of particles ranging 21-560 ㎚, and surface area of particles deposited on a human lung almost linearly increased with increasing distance from the tunnel entrance, and decreased rapidly before the tunnel exit. This trend was observed regardless of tunnel length and driving directions, which thought to be caused by semi-transverse ventilation facilities of the tunnels. The concentration increments per 1-m distance for NOx, CO2, deposited particle surface area, and number of particles ranging 21-560 ㎚ were 0.61~0.80 ppb, 0.16~0.21 ppm, 0.20~0.29 μm2/cm3, and 117~192 particles/cm3, respectively. Average pollution levels inside the two tunnels for CO2, deposited particle surface area, and number of particles >5.6 ㎚ ranged 681~748 ppm, 246~381 μm2/cm3, and 2.4~6.7×105 particles/cm3, respectively. In case of NOx, the maximum concentration exceeded 1 ppm. These pollution levels inside the tunnels are much higher than those at urban background sites. This result can be utilized as basic data to evaluate the effectiveness of present ventilation system for reducing the pollution level caused by vehicles inside the tunnels.