기포 에어로졸 발생 원리 규명

물속에서 기체방울(기포)이 빠져나올 때 에어로졸(aerosol)이 만들어지는 원리를 국내 연구진이 밝혀냈다.

교육과학기술부는 포스텍(포항공대) 제정호 교수·원병묵 연구교수·이지산 박사 과정생이 참여한 연구팀이 초고속 X선 현미경(미국 아르곤 국립연구소 차세대 방사광가속기)을 사용, 액체 속 미세 기포가 마이크로초(100만분의 1초) 단위로 변하는 모습을 촬영하는 데 성공했다고 28일 밝혔다.

연구팀은 이 관찰 결과를 통해 에탄올, 물 등 여러 종류 액체에서 에어로졸이 발생할 수 있는 최소한의 기포 크기, 즉 '기포 임계크기'가 존재한다는 사실을 확인했다. 기포가 순간적으로 터지면서 발생하는 '표면 장력파'(에너지) 크기가, 기포가 들어 있는 액체의 점성보다 클 때만 물기둥과 함께 에어로졸이 만들어진다는 것도 입증했다.

아울러 이 원리를 토대로 기포와 기포, 또는 물방울과 물방울이 합쳐질 때 나타나는 현상까지 통합적으로 설명할 수 있다는 게 연구팀의 설명이다.

에어로졸은 대기 중에 떠다니는 수 마이크로미터(㎛;100만분의 1ｍ) 크기의 작은 액체 방울 또는 고체 입자를 말하며, 미세먼지·아지랑이·연기·구름 등이 모두에어로졸에 포함된다.

특히 에어로졸은 기포가 물속에서 대기로 나오는 경우에도 생성되는데, 탄산음료를 컵에 따르면 가스(기포)가 음료 밖으로 나오면서 수면 위로 작은 물 입자가 튀어나오는 것도 이 때문이다. 연구팀은 이런 기포로 인한 에어로졸을 관찰 대상으로 삼아 연구를 진행했다.

바다에서도 파도가 칠 때 수많은 기포가 물속에 갇히면서 에어로졸이 만들어진다. 이 에어로졸은 구름과 허리케인 등의 씨앗이 되는 등 기후 변화에 영향을 미칠 뿐 아니라, 바닷속 미세 생명체가 에어로졸 안에 들어가 갇힌 뒤 사람이 이를 들이마시면 호흡기 질환을 유발할 수도 있다.

제 교수는 "이번 연구를 통해 기포 및 물방울과 관련된 현상에 공통적으로 적용할 수 있는 통합 원리를 확립했다"며 "산업계의 기포 제어나 에어로졸에 따른 기후변화 모델 연구 등에 기여할 것"이라고 설명했다.

디지털뉴스팀