화학무기 도심 확산, 예측이 곧 방패다… '분석 시뮬레이션 모델' 개발

UNIST·ADD, 액상 화학무기의 이동과 잔류 특성 분석하는 모델 개발

3차원 전산유체역학과 연결, 국소 농도 예측… J. Hazard. Mater. 게재

도심은 화학무기에 불리한 공간이다. 화학무기의 위력은 보이지 않는 경로에서 증폭된다.

액상 화학무기의 도심 확산과 잔류 위험을 정확하게 분석할 수 있는 시뮬레이션 모델이 개발됐다.

이 모델로 분석한 결과, 맹독성 화학작용제 중 특정물질의 경우에는 살포 뒤에도 지속적으로 위험할 수 있는 것으로 나타났다. 바닥에 가라앉은 화학작용제 방울이 증발하면서 2차 노출이 발생하기 때문이다.

UNIST 지구환경도시건설공학과 최성득 교수팀은 국방과학연구소 연구팀과 함께 살포된 액상 화학작용제의 이동과 잔류 특성을 분석하는 예측 모델인 'DREAM-CWA'를 개발했다고 23일 전했다.

연구진, 최성득 교수, 이호영 박사(제1저자). UNIST 제공

DREAM-CWA는 기존의 예측 모델과 달리 화학작용제가 물방울 형태(액적)로 바닥에 잔류할 수 있다는 점을 실질적으로 반영했다. 또 액적이 가라앉는 표면을 도심지를 구성하는 토양, 아스팔트, 콘크리트 등으로 나눠 분석해 시뮬레이션 정확도를 높였다. 표면의 특성에 따라 액적에서 증발돼 대기 중으로 들어오는 독성 물질의 양이 달라지기 때문이다.

연구팀은 이 모델을 이용해 상온에서는 끈적한 액체 상태로 존재하며 맹독성을 지닌 지속성 화학작용제가 살포된 상황을 시뮬레이션했다.

이 결과, 살포 30분 후 지표면에 떨어진 액적 형태의 작용제가 증발해 대기 농도가 32배 증가했고, 대기로 재배출되는 양이 초기 대비 1.5배 증가했다.

이러한 DREAM-CWA 결과 자료를 3차원 전산유체역학(CFD) 시뮬레이션에 입력하면, 사람이 숨 쉬는 높이에 근접한 지상 2m 지점의 국소적 독성 가스 농도도 예측할 수 있다. DREAM-CWA가 바닥의 액체 방울에서 뿜어져 나오는 '독성 물질의 양'을 계산해 내면, CFD 모델이 이 가스가 빌딩 숲 사이의 복잡한 바람을 타고 '어디로 흘러가는지'를 추적하는 방식이다.

액체 화학무기 확산을 예측하는 DREAM-CWA 모델.

최성득 교수는 "화학무기가 살포된 뒤 공기, 액적, 토양, 아스팔트, 콘크리트, 도심 하천 등을 거치는 과정을 분석하는 다매체 환경모델은 국내는 물론 국제적으로도 유례가 없는 기술"이라고 설명했다.

국방과학연구소 연구진은 "이 모델의 개발로 기존에 국과연에서 개발한 NBC_RAMS를 고도화하고 미기상(Micrometeorology)에서 다양한 액상 화학무기의 확산 경로, 인체 노출량, 잔류 시간을 정밀하게 예측할 수 있어, 우리 군의 화학전·테러 대응 작전에서 중추적 역할을 할 수 있을 것"이라고 기대했다.

이번 연구는 국방과학연구소 주관 핵심기술 '화생방 무기체계의 한국적 운용개념 설정을 위한 화학작용제 오염특성 분석' 과제의 지원을 받아 위탁연구로 수행됐으며, 공동 연구진으로 부경대학교 지구환경시스템과학부 김재진 교수가 전산유체역학모델링을 담당했다.

연구 결과는 국제학술지 '유해물질저널(Journal of Hazardous Materials)'에 12월 5일 자로 게재됐다.

영남취재본부 김철우 기자 sooro97@asiae.co.kr