이 연구 주제는 대기 중 블랙카본(black carbon)의 농도, 입경분포, 혼합상태, 형태학적 특성, 광흡수 특성 등을 정밀하게 규명하는 데 초점을 둔다. 블랙카본은 화석연료 및 바이오매스의 불완전 연소에서 주로 배출되며, 기후변화와 대기질 악화에 동시에 영향을 미치는 대표적 단기기후오염물질이다. 연구실은 도시, 해양, 극지, 상층 대기 등 다양한 환경에서 블랙카본의 시공간적 변동성을 관측하고, 기상조건 및 대기화학 반응에 따라 그 특성이 어떻게 달라지는지를 해석한다. 특히 refractory black carbon의 크기분포와 혼합상태는 광흡수 증강, 구름응결핵 활성, 습식 제거 효율, 장거리 수송 가능성을 좌우하는 핵심 인자이기 때문에, 이를 실시간 또는 준실시간으로 측정하는 관측 체계가 중요하다. 이 연구실은 도심 PM2.5, 항공관측, 선박관측, 장기 지상관측 자료를 활용하여 블랙카본의 질량농도, 질량흡수단면(MAC), 연직분포, 계절 변화, 대기 노화에 따른 특성 변화를 분석한다. 이를 통해 단순 농도 평가를 넘어 블랙카본의 기후강제력과 대기 중 생존 시간에 영향을 주는 메커니즘을 정량화한다. 이 연구는 도시 대기오염 관리뿐 아니라 기후변화 대응 정책 수립에도 직접적인 의미를 가진다. 블랙카본은 온실가스와 달리 상대적으로 짧은 시간 규모에서 감축 효과를 기대할 수 있으므로, 정확한 배출원과 대기 중 변환 과정을 아는 것이 매우 중요하다. 연구실의 성과는 국내 대도시의 고농도 미세먼지 원인 규명, 서해 및 동북아 장거리 이동 오염 평가, 북극·남극과 같은 민감 지역에서의 복사강제 효과 추정 등으로 확장될 수 있으며, 궁극적으로는 과학적 근거에 기반한 대기질 및 기후 통합 관리에 기여한다.

이 연구 주제는 초미세먼지(PM2.5)를 구성하는 탄소·질소 성분의 기원과 전환 과정을 동위원소 기법으로 규명하는 데 중점을 둔다. 도시 대기에서 관측되는 총탄소, 유기탄소, 암모늄, 질소화합물 등은 차량 배출, 화력발전, 산업활동, 바이오매스 연소, 2차 생성 등 다양한 경로를 통해 형성되므로, 단순한 농도 자료만으로는 배출원을 명확히 구분하기 어렵다. 연구실은 방사성탄소(14C), 안정동위원소(13C, 15N) 분석을 이용해 화석연료 기여도와 비화석 기여도를 분리하고, 대기 중 생성·변환 과정까지 함께 해석한다. 복수 동위원소 접근법은 배출원 구분의 정밀도를 높여 준다는 점에서 큰 장점이 있다. 예를 들어 총탄소의 14C는 화석 기원과 생물기원 탄소를 구분하는 데 유효하며, δ13C와 δ15N 값은 차량 배출, 석탄 연소, 전력 생산, 암모니아 전환 반응 등 서로 다른 배출 및 반응 경로를 식별하는 데 도움을 준다. 연구실은 베이지안 혼합모델, 계절별 대기질 자료, 화학 성분 분석과 결합하여 서울과 같은 대도시에서 PM2.5의 주된 배출원을 정량화하고, 고농도 오염 에피소드에서 어떤 배출원이 더 큰 역할을 하는지 규명한다. 이러한 연구는 배출원별 저감 전략을 세우는 데 매우 실용적인 근거를 제공한다. 미세먼지 대책은 동일한 PM2.5 질량을 줄이는 것이 아니라, 실제로 고농도 현상과 건강 위해성에 크게 기여하는 배출원을 우선적으로 관리해야 효과적이다. 동위원소 기반 연구는 기존 배출량 목록이나 수용모델의 불확실성을 보완하고, 대기오염 정책의 정확도와 설득력을 높일 수 있다. 따라서 이 연구는 대기화학의 기초 이해를 확장하는 동시에, 도시 환경관리와 대기오염 저감 정책의 과학화를 이끄는 핵심 분야라 할 수 있다.

이 연구 주제는 대기 중 미세입자, 특히 블랙카본과 탄소성 에어로졸이 인체 건강에 미치는 영향을 물리화학적 특성과 연결해 해석하는 데 목적이 있다. 동일한 PM2.5 농도라도 입자의 조성, 표면 특성, 혼합상태, 연소기원 여부에 따라 인체 위해성은 크게 달라질 수 있다. 연구실은 블랙카본 나노입자의 물리화학적 특성을 정밀 분석하고, 이러한 특성이 폐질환 및 산화스트레스 유발 가능성과 어떻게 연결되는지를 규명하고자 한다. 특히 산화잠재력(oxidative potential)은 단순 질량농도보다 건강영향을 더 직접적으로 반영할 수 있는 지표로 주목받고 있다. 연구실은 DTT assay와 같은 분석법을 통해 PM2.5가 체내에서 유발할 수 있는 산화 반응 능력을 평가하고, 질산염, 황산염, 암모늄, 유기탄소, 원소탄소 등 주요 성분과의 상관성을 분석한다. 더 나아가 탄소·질소 동위원소비와 산화잠재력의 관계를 살펴봄으로써, 고체 화석연료 연소, 바이오매스 연소, 차량 배출 등 어떤 배출원이 건강 위해도 증가에 더 크게 기여하는지를 해석한다. 이 연구는 환경보건과 대기환경정책을 연결하는 중요한 가교 역할을 한다. 기존의 대기질 기준은 주로 질량농도 중심으로 설계되어 있으나, 실제 건강위험은 입자의 독성 특성과 밀접하게 관련되어 있다. 따라서 연구실의 결과는 위해성 기반 대기오염 관리, 민감계층 보호 대책, 도시 대기질 평가체계 개선에 활용될 수 있다. 궁극적으로는 블랙카본과 초미세먼지의 정량적 농도 관리뿐 아니라, 인체에 더 유해한 조성과 배출원을 선별적으로 줄이는 정밀 환경정책 수립에 기여한다.