[공학저널 전찬민 기자] 일상생활에서 가장 많이 이용되고 있는 지하철은 미세먼지 오염의 대표적 생활공간 중 하나다. 이제 지하철의 미세먼지를 대폭 저감하고 시민이 쾌적하게 지하철을 이용할 수 있도록 인공지능 기술이 활용될 전망이다.
최근 미세먼지, 초미세먼지 오염에 대한 문제로 이에 대한 국민의 관심이 매우 높아지고 있다. 특히 지하철은 수도권만 해도 하루 800만 명의 시민이 이용하는 도심 주요 교통수단으로 시민들에게 이동에 편리함을 제공하고 있지만 지하철은 지하에 있다 보니 공기의 순환이 원활하지 못한 구조적인 특징을 가지고 있어 미세먼지에 노출되고 있다.
지하철 초미세먼지의 원인을 분석한 결과, 지하철 터널에서 전동차의 운행이 주요 원인으로 밝혀졌다. 특히 전동차 휠과 레일의 마찰과 마모, 전차선과 팬터그래프의 마찰과 스파크에 의한 나노입자의 발생 등에 의해 노면에 가라앉았던 먼지가 전동차의 운행 시 부유하면서 터널의 초미세먼지 농도를 높이게 된다.
이러한 지하철 초미세먼지는 호흡을 통해 승객의 체내로 유입돼 호흡기계, 심혈관계 질환을 야기할 수 있다. 또한 초미세먼지는 노출량이 증가함에 따라 발병률과 사망률이 증가하는 유해물질이기 때문에 보다 적극적인 저감 노력이 필요하다.
이에 초미세먼지 농도를 낮추기 위해 지하철 공기질에 대한 연구가 진행돼 왔지만 주로 외부에서 유입되는 공기에 포함된 먼지를 제거하는 것에 집중됐다. 일부 외기의 초미세먼지 농도가 높은 날을 제외하고, 대부분 농도가 낮기 때문에 공조실에서 깨끗한 외기에 포함된 초미세먼지를 제거하더라도 지하철의 농도를 낮추는 데는 한계가 있다. 또한 그간 지하철 전동차의 운행횟수에 맞춰서 외기를 도입하는 팬을 가동지만 이러한 방식은 에너지 측면에서 효율적이지 못한 것이 단점이다.
이에 따라 지난 2019년 6월부터 시작된 ‘인공지능 기반 지하철 이용객의 (초)미세먼지 노출 저감기술 개발’ 사업을 통해 지하철 대합실, 승강장, 터널과 외기에 설치한 초미세먼지 센서로 한 시간 후의 농도를 예측하고, 예측 값에 근거해서 환기시스템을 가동시키는 것이 목표다. 인공지능 기반의 이 시스템이 가동되면 농도가 높아질 것으로 예측되면 사전에 대응할 수 있어서 지하철의 초미세먼지 농도를 보다 효율적으로 관리할 수 있을 것으로 예상된다.
지하철 공조실에는 중간 성능의 미세먼지 제거 필터가 설치돼 있다. 이 필터로는 초미세먼지를 제거할 수 없기 때문에 이번 연구단 과제에서는 새로운 소재의 고속 고용량 초미세먼지 집진시스템을 개발해 기존의 필터를 대체할 수 있게 된다.
또한 지하철 터널에는 대합실이나 승강장 보다 초미세먼지 농도가 훨씬 높아 터널이 길고, 작업자의 접근이 힘들기 때문에 초미세먼지를 제거하는데 어려움이 있었다. 지하철 터널의 초미세먼지를 보다 효율적으로 제거하기 위해서 전동차와 같은 속도로 달리면서 먼지를 포집해 제거하는 집진차량까지도 개발 중에 있다.
한국철도기술연구원 교통환경연구실 박덕신 실장(사진)은 “우리가 지하철을 이용할 때 대부분의 시간을 전동차 객실에서 보내는 것으로 조사됐다. 초미세먼지 노출 측면에서 보면 객실의 초미세먼지 농도를 낮추는 것이 절실해 보인다”며 “이를 위해서 전동차 외기 유입구에 부착해 먼지를 제거할 수 있는 장치를 개발하고 있으며, 객실에도 초미세먼지까지 저감할 수 있는 필터를 추가로 개발해 장착할 계획”이라고 말했다.
그는 이어 “국민 건강 보호를 위한 승객 이동 공간의 초미세먼지 제거기술 개발해 지하철 이용 승객의 초미세먼지 노출을 50% 저감하는 것이 목표”라며 “이번 연구를 통해 개발된 기술은 4차년도와 5차년도에 실증화 작업을 거쳐서 현장에 적용하게 될 예정”이라고 덧붙였다.
