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계정을 잊어버리셨나요?

by 가브리엘의오보에 Apr 16. 2019

가정 내 공기 오염의 진원지

집안 일상 활동에서 배출되는 공기 오염은 생각보다 위험하다

*출처(클릭)

Nicola Twilley

2019. 04. 08

많은 식품 전문지들은 4개월 전인 7월 중순이면, 이미 칠면조를 굽고 파이에 주름을 잡는 등 추수감사절을 축하한다. 지난해 7월 중순, Colorado Boulder 대학 환경 엔지니어 Marina Vance는 이미 12명 이상의 인원을 위한 2가지 완벽한 추수감사절 저녁식사를 준비했다. Vance는 공기의 품질을 연구하고 있으며, 지난 6월 가정 화학(home chemistry) 분야 2 명의 과학자 중 한 명으로, Austin의 Texas 대학 엔지니어링 캠퍼스에 있는 단층 주택(ranch house)에 60명의 과학자와 $450만 상당의 하이테크 장비를 갖추고 4주 동안 조리, 청소, 배출 측정에 집중했다. 당시 조리된 2 가지 추수감사절 저녁식사 메뉴는 이 프로젝트의 클라이맥스였고, Vance가 “최악의 시나리오”라고 부른 것을 대변했다. 그녀는 이 순례자들의 추수 축제가, 21세기 미국에서 관찰한 바에 따르면, 공기 중에 독소를 퍼뜨리는 이벤트라는 자격을 주어야 하는 게 아닌가 의심했다.

두 번째 시연된 추수감사절 아침 메뉴는 연구자들이 스스로 아침식사를 만드는 것으로 충분히 단순하게 시작됐다. Vance와 3 명의 조력자들은 오전 8시 30분에 그 단층 주택에 도착했다. 이 주방은 다양한 용도를 위해 칸막이를 최소화했으며(open plan), 크지 않았으며, 박피 합판의 표면과 엉성하게 짜인 수납공간을 가지고 있었다. 그러나 주리대 위에는 공기 중 입자 모니터링 장비 - 응결핵 계측기, 미분형 정전 분급기 등이 가득 메우고 있었다. 전선들이 공간 전체에 깔려 있었으며, 스테인리스 스틸 호스들은 4대의 이동식 주택(trailers)에 실린, 주방에 놓기 힘든 덩치 큰 장비에 연결되어 있었다.

박사 학위를 취득한 연구원 Andrew Abeleira는 조리대 가장자리를 이용해 달걀 8 개를 깨고 휘저었다. Vance는 소시지 패티를 굽기 위해 기름을 가열하는 동안 토마토를 다졌다. 각 가스버너를 언제 켤 수 있는지, 프라이팬이 얼마나 데워져야 하는지, 그리고 토스트 기를 어떻게 설정해야 할지에 대한 엄격한 계획에 따라 수행되는 활동의 정확성 때문에 이 따분한 활동들은 연구 활동으로 오인받았다. 이 실험의 목적은 추수감사절 메뉴 조리 활동을 재현 가능하고 과학적으로 유효한 실험으로 전환하는 것이었다.

Vance는 조리대를 집게로 두드리며, 커피메이커를 켜기로 예정된 시간인 9:20이 됐는지 궁금해했다. 토스터에서 2 장의 통밀 꿀빵이 튀어나오자 그녀는 “아! 토스트!”라고 소리치며 달려갔다. 1분 후, 학생 자원봉사자 Caleb Arata는 랩탑으로 데이터를 살펴보며 소위 휘발성 유기 화합물이 급등했음을 알렸다. 휘발성 유기 화합물은 탄소 기반 화학물을 설명하는 것으로 상온에서 증발되며, 식물에 의해 그리고 인간 활동에 의해 배출되는 다양한 분자를 포함하고 있다. VOC는, 비록 일부는 냄새가 나지는 않지만, 토스트, 꽃, 가솔린 같이 우리가 맡은 냄새의 대부분을 대변하는 용어다. 그리고 벤젠이나 톨루엔 같이 VOC 중 일부 특정 물질은 흡입 시 우해한 것으로 알려져 있지만, 대부분 이 VOC들의 건강상의 영향에 대해 연구된 바는 없었다.

또 한 명의 학생 자원봉사자 Erin Katz는 “이 집에서 가장 무서운 것은 아마도 토스터일 것이다. 나는 토스터가 그렇게 많은 입자를 배출했다는 것을 전혀 알지 못했다”라고 말했다.

아침 식사 후 일련의 작업이 시작됐다. 고구마의 껍질을 벗겼고, 방웅 양배추를 다듬었으며, 그래비 소스용 육수를 만들기 위해 칠면조를 삶았다. 과학적으로 엄격한 계획이 요리의 목적을 손상시키지는 않았다. Arata는 칠면조를 즉석에서 요리해 이틀 동안 건조 및 소금물에 절이는 작업을 했다. Abeleira는 발사믹 드레싱과 방웅 양배추를 뒤섞었다. Katz는 먹방 사이트에서 고구마 캐서롤의 레시피를 다운로드하였다. 오븐은 5 시간 내내 가동됐고 버너는 일정한 회전을 유지했다. 비발디의 사계가 블루투스 스피커에서 흘러나왔고, 4명의 요리사가 땀을 흘리기 시작했으며, 에어 컨디셔닝 시스템은 모든 활동에 균등한 혜택을 베풀지 않았다.

저으며 섞고, 솔로 문질러 닦고, 육즙을 끼얹으며 구울 동안, 요리사들은 식당에서 주방과 랩탑을 번갈아 쳐다보았다. 하지만 오븐을 열고 쓰레기 봉기를 교체하고, 심지어 한 차례의 재채기 조차, 외관상 중요하지 않게 보이는 모든 행동들이 기록되어야 했다. 오후 1시 37분, 팀은 간략하게 오븐용 장갑에 불을 붙일지 여부를 논의했다. 지난 추수감사절 동안 누군가 우연히 그 시간에 불이 붙었었고, 책임 있는 과학자로서, 그들은 그 이틀 동안의 데이터 세트가 일치되었길 보장하고 싶어 했다. 결국, 그들은 두 번째 오븐용 장갑을 희생하지 못할 경우 불운하게도 자신들의 실험 무결성을 타협하지 않을 것이라고 결정했다.

그들의 논의는 일종의 행위별 오염 논평으로 전환됐다. Vance가 크랜베리 소스를 위해 오렌지 껍질을 깎고 있을 때, Arata는 그 향이 - 다시 말해서 오렌지의 모노 테르펜 VOC - 자신의 계측기의 판독 값을 높였다고 지적했다. 칠면조 고기를 넣기 전 소강상태 동안의 산화질소와 이산화탄소 수준을 확인하던 Abeleira는 “옥외보다 값이 크다”라고 관찰한 결과를 말했다. 그것은 미세한 미립 물질 - 우리 폐 안쪽 깊숙이 도달할 만큼 충분히 미세한 입자들 - 과 같았다. 11시경, 미세 미립 물질 농도는, 만일 그 실험용 주택이 도시에 있었다면, 공식적으로 오염으로 표시될 정도의 수준까지 치솟았다. 스터핑을 할 때 그리고 나중에는 파이를 오븐에서 꺼낼 때 농도는 최고조에 이르렀다. 그리고 거의 1 시간 동안, 미세한 미립 물질은 환경 보호청의 공기 품질 색인에서 “매우 건강에 좋지 않은 것”으로 정의하는 범위 내에 있었다. 실외 공기가 이 수준에 이를 경우, 공개 경보가 발령되며, 심지어 건강한 개인 조차 심장과 폐에 심각한 손상의 위험에 처하게 된다는 경고가 발령된다.

오늘날 옥외 공기에 대해 “매우 건강에 좋지 않음”으로 지정되는 경우는 드물다. 1963년 대기 오염 방지법이 통과된 후, 그리고 1970년 환경 보호청이 신설된 후, 옥외 공기의 화학 조성은 오염자의 처벌을 포함하여 연방 전체에서 규제됐다. 1970년대 이후, 일산화탄소와 이산화황 같은 많은 유해 가스의 배출은 절반까지 떨어졌으며, 미립 물질은 80%까지 줄었다. 하지만 이러한 성공적인 수준은 우리가 생각하는 것보다 그 의미가 크지 않을 수 있는데, 왜냐하면 미국의 경우, 사람들은 실내에서 삶의 평균 90%를 보내기 때문이다. (비교해 보면, 이는 향유고래가 바닷속에 완전히 잠수하는데 보내는 시간보다 더 많은 시간을 인간은 건물 내부에서 보낸다는 것을 의미한다.) 2001년 실시된 투자 연구 E.P.A의 통계는 믿기 어려워 보일 수 있지만, 아마도 그 사례를 과소평가하고 있는 것 같다. 영국에서 나온 보다 최신 데이터에 따르면, 평균적으로 영국인들은 하루 중 단지 5% 시간 동안 - 1시간 12분 - 옥외에서 보낸다.

옥외 공기와는 달리, 가정 내 공기는 거의 규제되고 있지 않으며 연구자들에게 거의 무시되어 왔다. 우리 시간의 거의 대부분을 소비하는 실내 대기에 대해 거의 모르고 있다. 가정 화학(homechem)은 - 가내 미생물 및 환경 화학 관측 - 실내 공기의 화학적 성질에 대한 세계 최초의 대규모 협업 조사였다. 수집된 데이터를 철저히 조사하는데만 적어도 2년이 걸릴 것이고, 심지어 연구 결과가 발표될 때조차 누구도 확실성을 가지고 자신의 공중 보건 상의 영향을 진술할 수 없을 것이다. 가정 화학은 그것이 우리에게 어떤 영향을 주는가가 아니라 실내 공기의 화학적 성질이 무엇인지 탐색하도록 고안됐다. 하지만, 실험 초기 결과가 이제 막 발표되고 있으며, 그에 따르면 인간과 그들의 일상 활동 - 조리, 청소, 신진대사 - 에서의 결합 배출이 더 흥미로우며, 모든 사람이 상상했던 것보다 잠재적으로 더 치명적인 것으로 보인다.

1776년 9월, 의회는 영국과의 평화 협상이라는 성과를 기대할 수 없는 임무를 수행하라고 벤자민 프랭클린과 존 아담스를 스태튼 아일랜드로 보냈다. 어느 날 밤, 두 사람은 시골 여관에서 한 방을 같이 쓰며, 아담스의 일기에 모험 내용을 기록했다. 아담스는 “누가 병약하여 밤공기를 두려워했나”라며 창문을 닫았다. 프랭클린이 답하기를, “이 회의실 내의 공기가 곧 그러할 것이고, 실제로 지금은 문이 없는 방보다 더 안 좋아. 자, 창을 열고 잠자리로 가게, 그리고 내가 당신을 설득할 것이네.”

건축 역사가 David Gissen에 따르면, 가구 배출 대 도시 배출, 그리고 실내 공기 대 실외 공기에 관한 상대적 위험성에 관한 논의는 각 시대의 지배적 믿음과 우려에 따라, 프랭클린의 입장과 아담스의 입장 사이를 오갔다. 1867년, 미국 내 급성장하는 도시들의 지저분한 공동주택에서 영감을 받은 엔지니어 Lewis W. Leeds는 “Man’s Own Breath Is His Greatest Enemy(인간의 호흡이 인간에게 가장 커다란 적이다)”라는 제목의 강의를 했다. 그는 “가장 큰 불순물을 찾아야 하는 것은 외부 공기가 아니라, 우리를 망치고 기를 죽이는 오염 공기의 저주가 발견되는 것은 우리들의 집이다”라고 부주의함을 경고했다. 반 세기 후, 대조하는 방법을 통해, 모더니즘 건축가 Le Corbusier는 자신이 설계한 실내 환경을, 스모그 가득한 도시로부터 보호하는, 인간이 만든 기후라는 혜택 가득한 거품으로 보았다.

20세기 중엽의 미국에서, 로스앤젤레스와 뉴욕 같은 도시들은 반복해서 두꺼운 갈색 안개 - 때때로 해외 군대의 화학 무기 공격으로 오해받는, 폐가 타는 듯한 독성 - 에 감싸였으며, 공기 오염이 심각한 사회문제가 됐다. 그것을 억제하기 위한 입법이 1950년대 미국 및 다른 국가에서 나타나기 시작했다. 대기 오염 방지 법안 통과 후, 정부의 연구 자금은 공기 오염의 건강상 영향과 그 원천을 이해하고 완화하는 방법을 찾는 과학자들에게 쏟아부어졌다. 그렇지만 여전히 실내 공지에 대한 연구에 대해서는 사용할 수 있는 자금줄이 거의 없었다. Charles Weschler는 화학과 박사 과정을 마친 직후인 1975년 벨 연구소에 입사했을 때 이 분야에 있는 몇 안 되는 과학자 중 한 사람이었다. 벨 연구소는 전화 교환국의 장비가 기대했던 것보다 빠르게 실패하고 있음을 지적했다. 유선 계전기가 산성의 눈에 보이지 않는 실내 스모그에 의해 침식당하고 있음이 밝혀졌다. Weschler가 나에게 말하길, 당시 수행되고 있던 실내 공기 연구는 거의 없었고, 대부분 사람이 아니라 물건을 보호하는데 초점이 맞춰져 있었다.

1980년대, “새 건물 증후군(sick-building syndrome)”에 관한 우려가 제기되던 중, 비 특이성 불안감이 그 시대의 새롭고 보다 단단하게 밀폐된 건물의 거주자에 의해 보고 되면서, E.P.A. 는 포름알데히드와 석면 같이 알려진 독소를 측정하고 그들의 발원지(페인트, 마루 깔개, 소파의 덮개, 파티클 보드(particleboard))를 조사하기 시작했다. 연구자들은 이들 화합물의 농도가 옥외보다 실내에서 일관되게 더 높았음을 발견했고, 일부 주 정부는 오염 물질이 포함된 소비재 규제에 착수했다.

실내 공기 연구가 마침내 일부 자금을 끌어온 것은, 공기를 통해 확산되는 생물학적 공격에 관한 공포가 증가되면서, 9/11 테러 여파가 있은 후에야 비로소 이루어졌다. 이 자금은 미국에서 가장 큰 민간 보조금 조성 비영리 재단 중 하나인 Alfred P. Sloan Foundation에서 공급됐다. (그들이 자금을 제공한 많은 피 수여자 중에는 내가 제작한 팟캐스트가 있다.) 생화학자 Paula Olsiewski가 관리하는 프로그램을 통한 훈련으로, Sloan은 H.V.A.C. 여과 시스템에 관한 연구를 지원하기 시작했다. Olsiewski는 생물학적 무기의 흔적 탐지의 어려움 중 대부분이 건물 내 전형적인 기반 조건에 대한 지식의 완전한 결핍 때문이라는 것을 밝혔다. 그녀가 나에게 지적한 바와 같이, “생물학적 위협이 건초 더미 속에 있는 바늘이라면, 그 건초 더미에는 무엇이 있는 것일까? 공기 내에는 어떤 미생물이 있고, 방에는, 그리고 그 표면에는 어떤 미생물이 있는가?” 그녀는 미생물학 연구를 위해, 나중에는 우리가 구축한 환경의 화학적인 측면을 연구하기 위해 수 백만 달러짜리 프로그램을 시작했다.

이 분야에 관한 전문가가 거의 없었기 때문에, 그녀는 Sloan의 자금을 활용하여 저명한 대기 화학자를 끌어들이기로 결정했다. 콜로라도 주립대학의 화학자 Delphine Farmer는 나에게, 그녀가 2015년 프랑스에서 개최된 실내 공기 화학에 대한 워크숍에 참석하라고 초청했을 때, 그녀의 첫 반응은 “알다시피, 맞다, 나는 프랑스로 무료 여행을 떠날 것이다” 였다고 말했다. Farmer는 극단적으로 소량인, 매우 복잡한 대기 중 입자를 정확히 측정하는 방법을 개발하는데 그녀 경력의 많은 부분을 소비했다. 그녀는 실내 공기에 관해 거의 아는 것이 없었지만, 그것이 흥미를 끌 정도는 아닐 거라고 생각했다. 옥외에서, 주된 배출은 - 배기관이든, 공장이든, 혹은 비료를 잔뜩 사용하는 농장이든 어디에서 나왔든 - 단계적 반응 순서에 따라 새로운 화학물질의 결합으로의 거의 일관된 변형을 겪는다. 실내 대기는 보다 정적일 것으로 많은 사람들이 생각했었다. 하지만 Farmer는 그녀가 들은 발표 내용에 매료됐다. 그녀는 나에게 “나는 우리가 화학적 관점에서 실내에 관해 아는 것이 없음을 깨달았다”라고 말했다. “실내 공기가 연구에 들어가기게 숙성된 상태이고, 실내 공기 연구자들은 명백히 옥외 대기 화학에서 우리가 가진 자원을 전혀 가지고 있지 않았다.”

Olsiewski는 Farmer에게 실내 대기 화학 연구를 위한 신규 구기 및 데이터베이스 개발을 선도해 달라고 요청했다. 그녀는 Marina Vance를 동일한 시기에 영입하여, 두 사람이 이 분야의 연구원들과 네트워크를 구축할 수 있길 바랐다. Vance와 Farmer는 두 가지 목표를 모두 달성하기 위한 최상의 방법이 대규모 현장 연구를 시작하는 것이라고 결정했다. 협업 현장 연구는 옥외 대기 연구에서 일반적인데, 왜냐하면, 관련 화학 현상의 다양성 및 복잡성을 포착하는 데는 실험실에서 모집할 수 있는 것보다 더 많은 장비와 다양한 전문 지식이 필요하기 때문이지만, 이러한 규모는 실내 분야에서 착수된 적이 없었다. Farmer와 Vance는 20명의 연구 그룹을 13개 대학에서 모아, 가장 화학을 출범시켰다.

오스틴의 텍사스 대학의 UTest House는 J. J. Pickle Research Campus 대지 중. 라디오 안테나, 프로토타입 원자로, 그리고 전국에서 가장 큰 비 군사용 컴퓨터 중 하나가 곳곳에 들어차 있는 땅 중 관목이 우거진 475 에이커의 땅에 위치해 있다. 그 하우스를 운용하는 건물 엔지니어 Atila Novoselac은 나를 그곳으로 데려가, 구조 공학 연구소가 교각 및 고속 고가 도로의 기둥 노화를 연구하는 데 사용하고 있는, 풍화된 콘크리트 더미 옆 주차장 앞의 현장 풍경을 보여주었다.

6만 달러가 든 200 제곱피트의 조립식 주택인 그 하우스는 2006년부터 이 캠퍼스에 있었다. Novoselac은 월요일에 구매 계약에 서명했고, 함께 붙어 있던 두 개 공간인 그 하우스는 엉망인 주방 캐비닛, 욕실 붙박이 세간, 비닐 바닥재, 커튼 - 그는 계약 즉시 이 모든 것을 철거했다 - 과 함께 그 주 주말까지 준비됐다. 그로부터 몇 년간, 다양한 연구 프로젝트를 위해 Novoselac과 그의 동료들은 그 하우스를 개발해 열 감지기를 설치하고 가스를 가득 채웠다. Novoselac는 이 하우스가 완벽하게 주택으로서 기능하고 있지만, 그는 그것을 주택으로 생각하지 않는다고 말한다. “이 하우스는 스크루 드라이버나 센서 같이 도구이자 하나의 장비이다.” 그럼에도 불구하고, 몇 년 동안 그 하우스는 장식적 필기체로 “안녕(hello)”라고 쓰인 도어 매트, 흔들리는 전기 램프, 그리고 그곳에서 수행되는 연구의 상세 사항을 보여주는 과학 포스터로 장식됐다.

Delphine Farmer와 Marina Vance가 가정 화학의 중심이 될 현장을 찾았을 때까지, 그 Utest House는 Novoselac이 이 하우스를 폐쇄할까 생각할 정도로 황폐해졌다. 하지만, 미국에 있는 소수의 완전한 테스트 주택 중 하나로서, 이 하우스는 인간 거주를 완벽하게 시물레이션 할 수 있는 완벽한 장소였다. Vance와 Farmer는 실 생활 활동 - 조리, 청소, 단순히 많은 시간을 보내는 것 - 을 구성할 일정을 일련의 제어되고 순차적인 실험으로 고안해 냈다.

Novoselac이 극미 입자 계측기로 공기 품질을 들여다보고 있을 동안 2 명의 박사 과정 학생 Catherine Masoud와 Kanan Patel은 점심 식사를 만들며 지지고 볶고 있었다. 1980년대 투박한 청색 플라스틱 카 폰처럼 생긴, 확대 광학 기계 공중선이 완비된 기구는 조리 시작 전 바탕 준위로 세제곱 센티미터 당 대략 2,000개 입자를 기록했다. Patel은 볶음 스프레드 시트를 랩탑에서 열고, 우측 전면 버너를 가장 큰 불로 켜고, 작은 냄비에 쌀을 담고 그 불 위에 올렸다. Masoud는 웍(wok)에 두 테이블 스푼의 식용유를 넣고 예열하고, 두 봉지의 얼린 야채를 넣은 다음, 고열에서 볶기 시작했다. 브로콜리와 깍지 채 먹는 콩이 갈색으로 변해감에 따라 주방에서 나는 냄새로 내 배를 꼬르륵거리기 시작했고, Novoselac이 모니터링하는 계측기는 일련의 고음의 신호음을 뱉어냈다. “이 신호음은 계측기에 설정된 한계에 도달했음을 의미한다”라고 그는 말했다. “10,000이 넘다니 믿을 수 없다.” 그 신호음이 새된 비가로 느껴질 무렵, Masoud는 3/4 컵의 Baby Ray’s Sweet Teriyaki Sauce와 1 테이블 스푼의 스리라차에 볶은 야채를 버무린 후 점심 식탁으로 가져왔다.

Vance와 Farmer가 고열로 조리된 요리들이 가장 흥미로운 유기적 에어로졸을 산출한다고 결정함에 따라 볶기는 가장 화학에서 주목할 활동이 된다. Vance가 처음 오스틴에 도착했을 때, 그녀는 식료품점에 가서 4개 브랜드의 데리야키 소스를 집어 들고, 4 가지 볶음 요리를 만든 후 그것을 학생들에게 가져왔다. 그녀는 나에게 “우리는 마치 한 달 동안 먹고 싶은 것이 어떤 거지?라는 얼굴로 앉아 있었다. 볶음 소스를 선택하는데 과학은 존재하지 않았다. 단지 맛있는 것이 제일이었다”라고 말했다.

가정 화학 실험 초기 단계에서 연구자들은 어려움에 봉착했다. 그들이 사용하는 기구들은 옥외 대기 측정에 맞게 설계된 거라, 실내를 둘러싸고 잇는 더 높은 농도를 처리하기 위해서 재조정되어야 했다. 가장 큰 장애물은 더 이상 단순화할 수 없는 인간 행동을 제어하는 것이었다. 첫 번째 전일 연구에서, 학생 자원봉사자들은 청소할 때마다 그 하우스를 환기시키며, 연속적으로 Pine-Sol을 사용해 바닥을 5번 대걸레로 닦았다. 목표는 팀 구성원들이 일상 활동의 소음으로부터 화학적 기여도를 분리할 수 있는 일관된 표시가 되는 대걸레질에 대한 배출 목록을 만드는 것이었다. 불행하게도, 초기 데이터를 통해 일부 학생들이 다른 학생들보다 철저하지 않게 대걸레질을 하여 눈에 띄게 불균등한 유기적 화학물 배출이 일어났음이 밝혀졌다. 이에 따라 - 나중에 Mr. Clean으로 명명된 - 가장 성실한 대걸레질 학생이 1개월 동안 품질 관리를 시행할 책임을 진, 대걸레질 보스로 임명됐다.

붂음이나 일글리시 블랙퍼스트 조리, Pine-Sol이나 표백제 기반 세정제를 사용한 대걸레질 같은 것에 대한 기준 배출량이 설정됐을 때, 과학자들은 활동들을 한꺼번에 쌓아놓기 시작했다. 자원봉사자 그룹은 아침과 점심 식사를 조리하고, 이메일을 확인하며, 청소하고, 저녁 식사를 만들며, 식기 세척기를 가동하면서 하루를 보냈다. 이는 다시 말해서 테리야키 소스로 야채를 볶는 활동에서의 배출량이 나중에 주방 바닥 대걸레질에서 나온 표백제 가스와 반응하는지 여부를 보기 위해서였다. Farmer는 나에게, 그녀의 예비 데이터에 기반해 보면, 마치 그들이 했던 것처럼, 기도의 세포막을 자극하는 것으로 알려진 화학물의 일종인 클로라민의 일시적 급등이 일어난 것 같다. 표백제 기반 대걸레질과 가스버너 점화 장치의 결합에 의한 또 하나의 산출물은, 니트릴 염화물로, 이 화합물은 대기 화학자들에게 해안 스모그 형성에서 역할하는 것으로 알려져 있다. 그것이 실내에서 발견될지 아무도 예상하지 못했다.

전기 열판(Electric hot plate; 인덕션)이 아니라 가스버너에서 볶음 조리를 하는 것은, 주로 추가적인 연소 산물을 내놓으므로, 더 많은 배출량을 산출시킨다. 한편, 두 가지 추수감사절 실험에서는 고기 조리가 야채를 조리하는 것과는 다른 대기 화학물을 산출한다고 제기됐다. 한 그룹은 칠면조 단백질 분해에서 나왔으리라 생각되는 암모니아 농도를 분석하고 있었다. 실제로, Atila Novoselac는 나에게, 가정 화학이 이것을 연구하기 위해 고안되지 않았지만, 다양한 식이요법과 전국의 요리가 매우 다양한 배출 목록을 내놓을 수 있다고 말했다. 향신료는 스모그 형성의 주 재료인 오존에 대한 각양각색의 반응을 보인다. 예를 들면, 스타아니스는 고도의 휘발성 세스퀴테르펜을 함유하고 있으며, 오존의 수준을 낮추고 공기 품질을 높이는 오존 흡입구 역할을 할 수도 있다.

조리와 청소는 인간이 실내 환경에 화학물을 추가하는 주된 활동으로 생각되지만, 사람은 단지 존재하는 것으로 배출물을 생성한다. 인간의 내쉬는 호흡에는 이산화탄소와 더불어 이소프렌, 아세톤, 그리고 아세트 알데히드 같은 다수의 유기화학물이 포함되어 있다. 내가 질문을 하자 Caleb Arata는 나에게, 비록 그가 데이터 내 거품의 존재를 신중하게 대답했지만, 그가 보는 게이지는 방귀의 기체적 흔적을 등록할 정도라고 말했다. 스킨 오일의 주요 성분인 스쿠알렌은 오존과 극단적으로 반응한다 - 왜 공기가 이동하고, 무엇이 우리가 더 높은 농도의 오존에 노출되게 하는지를 설명할 수 있는 사실은 종종 우리가 공기는 더럽다고 느끼게 한다.

이러한 본의가 아닌 배출 외에도, 많은 사람들은 의도적으로 개인 미용 및 위생 용품의 형태로 화학적 화합물을 혼합하여 사용한다. 3일간의 가정 화학 실험은 이러한 영향도를 연구하는데 집중됐다. 첫 째날에 학생 자원봉사자들은 최소한의 스킨 및 헤어 케어 제품만 사용하도록 요청받았다. 둘 째날, 자신의 일상과 같이 사용하도록 허용됐다. 셋 째날, 강한 향기가 나는 바디 스프레이, 로션, 무스, 미스트를 사용하고 마을로 가라는 요청을 받았다. 이 데이터 세트는 이제 분석되어야 하지만, 초기 연구는 그 잠재적인 면에 대한 힌트를 준다. Novoselac과 또 한 명의 연구자 Richard Corsi는 최근 인근 고등학교에 관한 별도의 연구에 대해 협업하여, 가장 높은 배출 수준은 항상 동일한 두 가지 화학물이었고, 실제로 모든 장소에서 동일한 비율을 보였음을 발견했다. 약간의 심층 탐색 후 그들은 그 원인을 찾아냈다. Axe 바디 스프레이. 이는 텍사스 10대 소년들들이 쉬는 시간에 교실에서 아낌없이 사용하는 제품이다.

볶음 조리, 대걸레질, 그리고 발한 억제제를 1개월간 실험한 후, 실내 공기가 과연 흥미로울지 의심했던 연구자들조차 생각이 바뀌었다. 생각이 바뀐 회의론자 Philip Stevens는 블루밍턴 인디에나 대학의 대기 화학자로서, “대기 중 Pac-Man”으로 알려진 매우 반응성이 큰 화합물일 하이드록시 래디털을 측정하도록 고안된 기구를 제공했다. 하이드록시 래디컬은 다수의 옥외 대기 화학 작용을 주도하며, 건강 관점에서 보면 은총 이기도하고 저주이기도 하다. 이 화합물은 VOC를 분해하지만 이와 더불어 질소산화물과 반응하여 오존을 만들어 내어 스모그 형성의 가능성을 높인다. Stevens는 그러한 화합물이 존재한다는 것을 알았을 때 놀라움을 금치 못했는데, 그 이유는, 그러한 생산 활동에는 햇빛이 필요한데, 주택의 벽과 창문이 많은 태양 에너지를 차단하기 때문이다. 많은 연구자들처럼, 그는, 태양빛이 부족한 실내 공기와 그로 인한 하이드록시 래디컬은 대기 학자들이 연구하고 싶어 하는 그러한 유형의 신속한 광화학 반응을 일으키지 않을 것이라고 생각했다. 하지만, 주택 내 광 강도를 측정한 동료에 의해 제공된 그가 얻은 결과는 그로 하여금 창을 통과한 오후 햇살이 가스스토브에서 나온 배출물과 결합하여 “스모그가 낀 도시 오후에 외부에서 발견할 수 있는과 유사한” 화학반응을 일으키기에 충분하다는 것을 납득하게 했다.

가정 화학 팀이 측정한 수십 가지의 화학물은 유해하다고 알려지고 있으며, 내가 말한 모든 과학자들이 언급한 바와 같이 우리는 그 화학물을 들이마시며 하루 중 대부분을 실내에 머문다. 그럼에도 불구하고, 실내 공기는 공중 보건에 필수 영역인 옥외 공기 오염 수준에 있었다. 2016년, WHO는 420만 명의 조기 사망의 원인을 옥외 공기로 보았다. 옥외 공기 오염과 심장질환, 폐 질환, 암과의 연관성은 잘 정리되어 있다. 보다 최근 연구에 의하면 저체중 출산, 당뇨, 심지어 인지 장애와의 관련성이 제시됐다.

Marina Vance는 “그러므로 여기엔 큰 의문이 있다. 만일 이러한 연구들 모두에서 옥외 공기 오염과 삶의 질 감소와 기대 수명 감소 사이의 연관성이 발견됐지만 우리가 밖에 있지 않다면, 어떻게 그 관련성이 여전히 유지되고 있을까?”라고 지적했다.

하나의 가능성이라면, 우리가 옥외에서 보내는 짧은 순간이 우리 건강에 과도한 영향을 미친다는 것이다. 또 하나의 고려할 수 있는 사항은, 옥외 오염이 내부로 유입될 수 있고 유입된다는 것이다. 하지만 가정 화학 연구자 Allen Goldstein은 최근 공동 집필한 논문에서, 매력적인 반전을 제시했다. 로스앤젤레스 VOC의 지배적 원천은 이제 세면도구와 세정류 같은 소비재에서 나오는 배출물이다. 다시 말하면, 미국 내에서 가장 차가 막히는 도시에서 조차, 차량 배출물은, 옥외에서 유출된 실내 공기가 교통수단이 일으키는 것보다 많은 스모그를 만들어낼 수 있을 정도로 제어되어 왔다.

가정 화학에 참여한 과학자들은 비록 그들이 너무 자유롭게 추측하지 않도록 조심하고 있지만, 이 의문에 관해 궁금해한다. 지금까지, Delphine Farmer는 나에게 다수의 전통적 공기 오염 수준은 볶음 조리 같은 활동을 하기 전까지 실내가 더 낮으며, 그와 같은 관점에서 그 수준 중 일부는 옥외에서 관찰된 최대치의 열 배에 이르는 정점에 단시간 내 도달할 것이라고 말했다. 이와 다른 보다 복잡한 유기 분자는 항상 실내에 더 많은 것으로 보인다. 또한 옥외 입자가 그들이 실내에 유입될 때 가스로 코팅될 수 있다는 증거도 존재하며, 이는 잠재적으로 당신의 폐에 침투할 다른 경로를 제공할 수 있다.

하지만 단순히 테스트 하우스 내 화학물의 농도를 측정하는 것으로는 잠재적 노출을 추론하기에 충분하지 않다. 샌프란시스코 캘리포니아 대학 Human Exposure Laboratory의 호흡기내과의사 John Balmes는 나에게 “화학에서 역학(epidemiology)으로 이동한 것은 큰 도약”이라고 말했다. 추수감사절 메뉴 요리사와 그들의 손님들이 흡입할 수 있는 다양한 수준의 각 화합물을 측정하기 위해서는 활동 패턴과 연결하여, 다양한 공간의 다양한 높이에서 정확한 판독을 할 필요가 있다. 그럼에도 불구하고, 내가 Balmes에게 추수감사절 메뉴 조리에 대한 이산화탄소 판독 값이 4,000 ppm의 정점에 이르렀다고 말하면 그는 당황하여 “와우”라고 말했다. “이러한 수준은 적어도 단기간에 인지 기능을 저하시킬 수 있다. 그것이 어떤 장기적 효과를 갖는지 여부는 알지 못한다.”

이와 같이, 내가 하버드 생물통계학자 Francesca Dominici에게 “추수감사절 메뉴 조리 수준의 미세 입자 문제는 입방미터 당 285 마이크로 그람에 이르렀다고 말했을 때 그녀는 쇼크를 받은 듯 반응했다. 그녀는 “하루 동안 입방미터 당 10 마이크로 그람만 단기 증가되어도 65세 이상 노인들의 입원율 및 사망률을 증가시킬 것이다”라고 말했다.

U. C. Berkeley 공중보건학부 노출 과학자 Katherine Hammond은 특히 휴일 동안 고도의 초미세 입자에 강한 관심을 보였다. 직경 나노미터 이하의 초미세 입자는 손쉽게 혈류로 들어갈 정도로 충분히 작다. 그녀는 나에게 “입자의 크기는 작지만 건강에 파격적인(disproportionate) 영향을 줄 수 있다고 생각한다”라고 말했다. 이전 연구 중 일부에서 그녀는 자가 세척 오븐에서 배출되는 물질을 면밀히 조사했었다. 그녀는 “초미세입자가 급등할 경우, 눈과 목구멍에서 그 입자를 감각할 수 있을 것이다”라고 말했다. “심지어 그 초미세 입자들이 후신경을 따라 코에서 뇌로 직접 유입될 수 있다는 몇 가지 이론조차 존재한다.” 이렇게 말하면서도 그녀는 불필요한 우려가 발생하지 않게 조심스럽게 말했다. 그녀는 “이 같은 실험의 요점은 당신이 의문을 제기하고 상세한 내용으로 파고드는 방법을 밝혀내기 시작하는 것이다”라고 말했다. “하지만 이 데이터를 취해 그것을 보고 건강상 위험이 있다고 말할 수는 없다.” 바로 지금 Balmes가 지적한 바와 같이, 과학자들은 동일 크기의 모든 입자들이 동일하게 생산되는지 여부조차 알고 있지 못한다. 그는 “디젤 엔진에서 나온 배출 입자를 흡입하는 것이 튀긴 음식에서 나온 입자를 흡입하는 것보다 더 안 좋은가? 그러한 연구는 수행되지 않았다”라고 말했다.

가정 화학 연구자 중 누구도 조리 시 배출되는 입자들의 건강상 위험이 맛있는 가정식의 혜택을 포기할 정도로 우려된다고 생각하지 않으며, 그들은 어떠한 활동 및 환경 조건의 결합이 유해한 실내 공기를 만들어 낼 수 있는지 정확하게 예측할 수 있기까지 오랜 시간이 걸릴 것이라는 것에 동의한다. 그러나 실내 공기 연구 속도가 증가됨에 따라, 우리는 그렇게 할 수 있을 만큼 - 실내 공기를 더 건강하게 만들 수 있는 방법이 무엇인가가 의문 사항이 될 시점 - 충분히 알게 될 것이다. 실내 배출의 근원적 원천들은 규제(regulation)에 대한 내성이 있다. 토스터나 표백제 기반 바닥 세청제에 대한 불법화 움직임은 성공할 가능성이 없어 보인다. Marina Vance는, 그러한 일을 행함에 관한 대기 상의 영향에 그녀가 느낀 공포를 나타내는 톤으로 “당신은 집에서 촛불을 밝힐 수도 있다!”라고 지적했다.

반면, 주요 위험 요소가 식별될 때, 옥외보다 실내의 오염을 억제하기가 더 쉬운 것으로 판명될 수 있는데, 정확히 말해서, 실내 공간이 더 국한되어 있기 때문이다. 조리에서 배출되는 입자에 관한 많은 문제가 제대로 된 배기 후드에 투자하고 그 필터를 자주 교체하는 것만큼 간단히 측정에 의해 제거될 수 있는 반면, 미국이 성공적으로 옥외 오존 및 입자 농도를 감소시키는데 거의 50년이 걸렸다. John Balmes는 이미 조리 중 배기 후드를 작동시키는 것이 가정 내 입자 수준과 아동기 천식 발작 모두를 급격히 감소시키는 것과 관련이 있음을 제시하는 데이터를 확보하고 있다. 특히 대걸레질을 하거나 토스트를 구울 때 - 물론 옥외 공기가 맑다는 전제에서 - 창을 열라는 Benjamin Franklin의 조언 역시 따를 가치가 있다.

전주와 마찬가지로, 추수감사절 손님들은 오후 3:35에 도착하기 시작했다. 그들은 밖에서 묻혀 온 입자들과, 개인적 배출물 - 땀에서 나오는 젖산, 스킨 오일의 스쿠알렌, 이산화탄소 - 를 가지고 들어왔다. 조리가 진행되는 동안 식사하는 사람들, 즉 모든 가정 화학 연구자들은 주택을 벗어나 있었는데, 그것은 그들의 존재로 데이터가 잘못되기 때문이다. 과학자들은 이산화탄소 수준 향상 만으로 얼마나 많은 사람들이 공간에 들어왔는지 계산할 수 있다. 두 개의 접이식 테이블 주위에 앉은 사람들 중 일부는 접시가 부족해서 보울(bowls)을 사용해 식사를 했고 그 그룹은 요리사와 실험자들에게 토스트를 요구했다.

공기 품질이 어떻든, 분위기를 활기찼다. Caleb Arata는 나에게, “이것은 명백히 대학원생과 무료 급식의 조합이다. 하지만 당신도 알다시피, 가정 내 역동성은 포함되지 않았다”라고 말했다. 아이들, 경력, 정치에 관한 어색한 토론 대신, 대화는 기구 중 하나가 점심시간에 기록한 리모넨의 가능한 원천 같은 문제에 대한 것이었다. (리모넨은 아보카도에 뿌린 라임에서 나왔다.)

과학자 중 한 명인 Lea Hildebrandt Ruiz는, 주택 내 환경이 전 세계 중 가장 오염된 도시들을 간단히 초과했다고 말하며, “내가 뉴델리에서 모니터링 프로그램에 참가했기 때문에 그렇게 말할 수 있다”라고 덧붙였다. WHO에 따르면, 인도 수도의 공기 품질은 그 어떤 주요 도시보다 최악이다. 더 지저분한 겨울 기간 중, 그곳의 공기 중 미세 입자 수준은 전형적으로 입방미터 당 대략 225 마이크로 그람 정도이다. 이는 최종의 가장 바쁜 조리 시간 중에 도달된 입방미터 당 280 마이크로 그람보다는 현저히 낮다. 모든 사람들이 추수감사절 기간 동안 공기 품질이 나쁠 것으로 생각하지만 누구도 그렇게 나쁠 것이라고는 생각하지 않았다. 이러한 발견은 놀랍지만, 또한 연구 관점에서 보면 흥분되는 발견이기도 하다.

기묘하게도, 비록 실내 공기에 관한 이해가 여전히 초기 단계에 머물러 있지만, 과학적으로 말해서, 그것은 우리가 감지하는데 필요한 소양을 갖춘 부분이다. Farmer는 나에게 잘라낸 양파의 샘플을 건네며 “당신의 코는 매우 훌륭한 화학 기구이다”라고 말했다. 양파의 세포벽을 잘라내면, 신-프로판에티얼-S-옥사이드(syn-propanethial-S-oxide)를 배출하는데, 이는 실내 대기에서 일시적이지만 강력한 변화를 일으키는 VOC로, 눈물이 흐르게 한다. 하지만 우리의 코는 잘못된 길로 이끌 수도 있다. Vance는 식품은 갈색화 될 때 - 메일 라아드 반응(Maillard reaction) - 가장 맛있는 냄새가 난다고 지적했지만, 스테이크가 갈색화 될 때와 토스트를 구울 때 배출되는 화합물에는 불완전 연소에서 나오는 갈색화 된 탄소(입자 물질의 한 형태)와 VOC가 포함되어 있다. Caleb Arata는 “나는 이 하우스에서는 멋진 냄새가 난다 - 마치 추수감사절 같은 냄새가 난다 -라고 생각하곤 했다”라고 말했다. 하지만 지난 11월, 그는 나에게, 그가 그 해 세 번째 칠면조 요리를 준비할 때, “이 하우스에서는 훌륭한 냄새가 나는데 내가 무엇을 흡입하고 있지?”라고 생각했다고 말했다.

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