에탄올 벽난로(ethanol fireplace)는 점점 더 인기를 끌고 있다. 그러나 에탄올 벽난로는 가연성만 있는 것이 아니다. 과거에, 심각한 향이 에탄올 벽난로에서 반복적으로 발생됐다. 또 이 장치는 실내 공기를 오염시킨다. 최근 독일 프라운호퍼 소속의 연구진은 에탄올 벽난로의 위험성을 입증했다. 또 나무를 연소시키는 오븐 역시 시험됐다.
오전에 DIY-시장에서 벽난로를 구매하면, 저녁에 새로운 장식용 난료의 따뜻한 대기를 즐길 수 있다. 에탄올 벽난로 공급자들은 굴뚝이 없는 가볍고, 설치가 용이한 장식용 난로를 각광 받는 사업으로 추진하고 있다. 그러나 이러한 벽난로가 운영될 때, 에탄올이 연료로 사용되기 때문에, 에탄올은 공기와 매우 가연성이 높은 대기 혼합을 형성한다. 만약 에탄올이 연소 챔버를 채워서 점화될 때 에탄올이 다 소모되면, 이후 실내 전체는 화염이 치솟을 수 있다.
화염의 상층에서, 이러한 장식용 품목은 다른 가능한 위험을 숨기게 된다. 만약 제조사들이 믿는 대로라면, 이 장치는 대기로 어떠한 유해한 연소성 찌꺼기도 방출하지 않는다. 독일 프라운호퍼 나무 연구소(Fraunhofer Institute for Wood Research, WKI) 소속의 연구진이 수행한 연구는 반대의 상황을 암시하고 있다. 이러한 벽난로가 유도 배기 시스템(guided exhaust system)의 특성을 갖추지 못하였으며, 따라서 모든 가연성 물질은 환경으로 직접 배출된다. 예를 들면, 가연성 물질은 포름알데히드와 벤젠 같은 기체성 화합물과 매우 미세한 연소 입자이다. 아직까지 실내 공간의 대기 질(air quality)에 대한 에탄올 벽난로의 효과에 대하여 기술한 자료는 없다고 WKI 소속의 화학자인 Michael Wensing은 설명했다. 연구진은 배출된 배기가스의 특성과 수준을 조사했다. 비슷하게 나무를 연소하는 벽난로 역시 시험됐다.
1. 에탄올 벽난로에 대한 실험
48 m3의 스테인리스 강 테스트 챔버 내부에서 에탄올 벽난로가 시험됐다. 시험 공정에서, 공학자들은 DIN 4734-1 기준을 고려하여, 에탄올 벽난로에 대한 기술적 최소 기준을 정의했으며, 제조사 지침에 따라 테스트 챔버를 환기시켰다. Wensing 박사 연구팀은 4개의 벽난로를 조사하여, 전체 8가지 액체와 젤리 같은 연료를 조사했다.
순수하게 이론적인 측면에서, 에탄올과 바이오에탄올은 이산화탄소와 물로 완전히 연소된다. 그러나 실제 조건 하에서, 현실은 이론과는 다르다는 것이 판명됐다. 개별적인 사례를 기반으로, 소각 공정이 실제로 연료의 질과 연료의 유형 또는 소각 온도 등과 같은 다른 요인에 의존하여 어떻게 운영되는지를 연구진은 조사했다. 일반적으로 에탄올은 완전하게 연소되지 않는다. 대신, 소각 공정(incineration process)은 초미세 연소 입자뿐 아니라 독성 기체(일산화탄소, 호흡기 독소), 유기 화합물(벤젠, 발암성 물질) 및 자극성 가스(이산화질소, 포름알데히드) 등과 함께 이산화탄소를 만들어낸다고 Wensing은 설명했다. 다수의 사례에서, 연구진은 높은 농도의 오염물질을 측정할 수 있었으며, 기준 값을 빈번하게 초과했다는 사실을 확인했다.
예를 들면, 모든 장치는 이산화질소에 대한 실내 대기 질 농도의 기준 값 0.35 mg/m3를 초과했다. 한 가지 사례에서, 이산화질소의 농도는 2.7 mg/m3로 상당히 높았다. 포름알데히드의 측면에서, 벽난로는 0.1 ppm (parts per million)의 요건을 충족하는 데 실패했다. 여기서, 가장 높은 수치로 측정된 값은 0.45 ppm이었다. 한 개의 벽난로는 6,000 ppm에 이르는 이산화탄소를 배출하여 최고 농도에 도달했다. 이러한 수치는 위생적으로 승인할 수 있는 한계치인 1,000 ppm보다 훨씬 더 높은 수준이었다. 또 여기서 결정적 요인은 연료 소비 속도(fuel consumption rate)였다. 이것은 특정 기간 내에 보다 더 많은 에탄올이 연소될수록, 배출되는 오염물질의 양이 더 증가할 것이라는 것을 의미한다. 동시에, 초미세 연소 입자가 배출됐다. 이러한 초미세 연소 입자(ultrafine combustion particle)는 인간의 머리카락보다 10,000 배 더 적은 크기의 직경을 가지고 있으며, 인간의 폐 깊은 곳까지 침투할 수 있다.
에탄올을 연료로 사용하는 장식용 벽난로는 실내 공기(indoor air)에서 인간의 건강에 해를 끼치는 오염물질 공급원이다. 인간 건강에 대한 위험을 노출시키지 않는 대기 질 수준을 확보하기 위하여, 실내에서 이러한 장치의 사용을 피할 것을 연구진은 권고한다. 이러한 에탄올 벽난로는 환기가 매우 잘되는 거대한 공간에서만 운영될 필요가 있다고 Wensing은 지적했다.
2. 나무를 연소시키는 벽난로에 대한 실험.
이 실험은 매우 다른 결과를 보여주었다. 독일에서 외부 공기로 배출되는 이러한 열 공급원으로부터 발생하는 배기가스는 엄격한 규제 지시에 지배된다. 완전하게 밀봉되지 않는 벽난로 출구에서 인간이 거주하는 실내로 배출된 스트레스는 아직까지 무시되어 왔다. 이러한 이유로 연구진은 실생활 조건 하에서 가정에 설치된 7개의 벽난로를 연구했다.
이 연구는 휘발성 유기화합물, 미세 입자 및 초미세 입자, 이산화탄소, 일산화탄소, 포름알데히드 및 질소산화물 등과 같은 연소성 입자 등에 초점을 맞추었다. 연구 결과에 따르면, 벽난로 출구(또는 문)가 밀폐되어 있는 동안 실내 공간 내에서 대기 질에 초래하는 영향은 무시할 수 있는 수준이다. 장작이 보충되거나 점화될 때만 배기가스가 실내의 공기로 유입된다. 이 시점에서, 연구진은 농도에서 짧은 상승을 측정할 수 있었다. 밀폐된 출구 운영 동안, 주목할 만한 수준의 물질이 배출되지 않았다. 예를 들면, 포름알데히드 수치는 무해한 수준이었다고 Wensing은 설명했다. 몇 가지 예외적인 상황이 존재했다. 한 개의 벽난로에서, 연구진은 72 micrograms/m3 수준의 매우 높은 벤젠 농도를 규명했다. 그러나 이러한 높은 수준의 벤젠은 등유 점화 장치(paraffinic ignition device) 소비의 증가에 기인했다. 그에 비해, 이러한 벽난로에 종이로 불을 붙일 때, 벤젠의 농도는 단 8 micrograms/m3였다. 벽난로 출구와 재받이가 잘 밀봉된다면, 인간 건강에 영향을 끼칠 것이라는 염려는 필요 없다. 환기 통풍 조절판(ventilation damper)이 벽난로가 공기를 잘 끌어들이는 방식으로 배치될 필요가 있으며, 등유 점화 장치는 없앨 필요가 있다고 Wensing은 밝혔다.
KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』
