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News/기후변화-환경

뚜벅이 미세먼지 주의보

by R.E.F 21기 김채윤 2022. 11. 28.

뚜벅이 미세먼지 주의보

 

대학생신재생에너지기자단 21기 김채윤, 곽서영, 22기 김혜윤

 

 

뚜벅이들을 위한, 대중교통?

온실가스 배출 감소와 화석 연료의 사용 감소에 도움이 된다는 이유로 대중교통은 지금까지 ‘환경친화적’ 이미지를 유지해왔다. 하지만 대중교통이 과연 공기 오염에도 문제가 없을까? 우리가 인지하지 못하는 사이, 매일 타고 다니는 버스와 지하철에는 위험한 미세먼지가 숨어있었다.

버스와 지하철의 미세먼지를 5분 간격으로 측정해 본 결과, 2019년 기준 버스의 평균 미세먼지 농도는 PM10(미세먼지) 15㎍, PM2.5(초미세먼지) 11㎍이었으며, 지하철의 평균 미세먼지는 PM10(미세먼지) 31㎍, PM(초미세먼지) 2.5 24㎍로 그보다 약 2배 이상의 수치를 보였다. 같은 날  외부에서 잰 수치는 PM10 21㎍, PM2.5 12㎍인 것을 감안하면 대중교통에서의 미세먼지 농도는 외부 공기질과 비슷하거나 그 이상이라고 볼 수 있다. 즉, 대중교통을 이용하는 동안 우리는 미세먼지에 노출되고 있다는 것이다. 버스의 경우 에어컨이 설치된 곳에 공기정화필터를 설치한 경우가 많아 비교적 적은 농도를 보였지만. 지하철의 경우 인체에 유해한 화학 성분을 포함한 미세먼지가 심각하게 많아 혼잡 시에는 권고기준을 초과하기도 한다. 지하철은 지상의 공기와 순환이 어렵고, 철도차량의 휠과 레일이 접촉하면서 미세 마모 입자가 발생해 더 많은 미세먼지가 분포해 있을 것으로 예상되고 있다.

 

[자료 1. 버스와 지하철의 미세먼지 측정 결과]

출처 : 중앙일보

 

하지만 버스 또한 미세먼지에서 완전히 벗어난 것은 아니다. 보통 미세먼지를 생각하면 대기 중에 떠다니는 아주 작은 부유 물질을 떠올리지만, 자동차 배기가스를 비롯한 타이어와 브레이크 패드 마모 등에 의해 도로 위에 침적되었던 먼지가 차량이 이동하면서 대기 중으로 재비산 되기도 한다. 이를 ‘도로 재비산 먼지’ 라고 한다. 도로 재비산 먼지는 Cd, Pb, Cr 등의 유해 성분을 포함하여 일반 먼지에 비해 더욱 인체에 해로우며, 미세먼지와 같이 코 점막을 통해 걸러지지 않아 각종 호흡기 질환을 동반한 피해를 줄 수 있다.

미세먼지에 대한 대중들의 관심이 높아진 지금, 대한민국은 대중교통의 미세먼지를 위해 어떤 노력을 기울이고 있을까? 본 기사에서는 현 시점에서의 대중교통 미세먼지 저감 사업을 살펴보고, 해당 사업의 문제점을 파악해 앞으로의 개선 방향을 제시해보려 한다.

 

지금 대한민국 미세먼지는

 

[자료2. 지하철 내 공기청정기의 모습]

출처: 내 손안에 서울  

지하철을 탑승하는 승객들이 이동 체류가 가장 빈번한 지하역사 승강장에서 공기질 개선 미세먼지 저감 장치를 살펴볼 있다. 위의 사진과 같이 승강장에 대용량 공기청정기를 설치하여 미세먼지 농도를 감축하고 공기질을 개선하는 데 이바지하고 있다. 승강장용 대용량 공기청정기는 입자 크기 0.3㎛ 이하 미세먼지 포집률 70% 이상의 청정 효율을 가졌으며 필터는 프리필터, 미디움필터, 헤파필터 혹은 활성탄필터로 구성된다. 프리필터는 큰 먼지를, 미디움필터는 일반먼지를, 헤파필터는 초미세먼지(PM2.5)를 거를 수 있고 활성탄필터는 서울시와 공사에서 관리 중인 라돈 특별 관리 역사로 지정된 곳에 추가된다. 또한 대용량 공기청정기는 유동 인구가 많은 통로나 환승역에 더욱 집중적으로 설치되어 있고 거스릴 만한 소음도 발생하지 않아 승객 입장에서 좀 더 안심하고 지하철을 이용할 수 있도록 했다.

 

[자료 3. 지하철 양방향 집진기]

출처: 매일건설신문

 

지하철 환기구를 통해 발생되는 미세먼지 양도 만만치 않다. 중국발 미세먼지, 황사, 도로에서 발생되는 매연 등이 별다른 정화장치 없이 지하역사 출입구와 본선터널 환기구를 통해 유입되고 있는 실정이고, 지하철 본선 터널 내부 고농도의 미세먼지가 열차풍에 의해 별도의 정화장치 없이 그대로 환기구를 통해 도심으로 뿜어져 나오고 있다. 이렇게 고농도의 먼지와 바람을 몰고 다니는 지하철 환기구는 4천 개에 달하며, 발생되는 미세먼지가 경유차 43만 3천 대, 화력발전소 500Mwh급 46기의 배출량과 동일하다. 이에 양방향 전기집진기 개발 업체 '리트코'는 지하철역 환기구와 터널 본선 환기구에 양방향 전기집진기를 설치하였다. 양방향 전기집진기는 일종의 ‘대형 공기청정기’로 지하철 터널로 유입되는 미세먼지와 터널에서 도심지로 배출되는 미세먼지를 동시에 제거하는 설비다. 초미세먼지와 미세먼지의 진원지인 지하철 본선 터널 내의 급기구와 배기구에 설치돼 열차 진입 시 발생하는 바람으로 터널 내 공기를 외부로 반출하며, 열차가 통과 시 터널 내부로 유입되는 자연 환기로 미세먼지를 걸러내어 초속 13m의 풍속에서 90% 이상의 집진 효율을 보여준다.

 

달리면서 청소도 하는 타요 버스

 

[자료 4. 미세먼지 흡착필터를 시내버스]

출처: news1

서울의 시내버스에는 차량 미세먼지를 줄이기 위한 미세먼지 필터나 공기청정기가 설치돼 있다. 환경부 자료에 따르면, 시내버스 내부의 이산화탄소 농도는 2,332ppm으로 시외, 고속버스보다 높았고, 휘발성 유기화합물 농도도 시외버스보다 높은 수준이다. 이렇듯 시내버스는 출입문을 자주 여닫기 때문에 외부 미세먼지가 차량 안으로 유입되기 쉽지만, 미세먼지 흡착 필터를 부착한 버스가 도로를 달리면 미세먼지가 필터에 걸러지면서 깨끗한 공기로 바뀌게 된다. 미세먼지 흡착 필터는 0.3μm(마이크로미터) 기준의 (초)미세먼지를 97% 포집할 수 있는 멜트브로운 원단과 유해가스 제거효율(이산화황(SO2) 98%, 톨루엔 78%, N-부탄 71%)이 높은 카본 원단 등 4개의 레이어로 구성된 특수직물로 제작돼 미세먼지와 유해물질을 제거하는 역할을 한다. 또한 흡착필터 프레임을 PET(폴리에틸렌 테레프탈레이트) 소재로 제작해 나중에 100% 재활용할 수 있도록 만들었다.

 

 

[자료 5. 미세먼지 프리존 스마트쉘터]

출처: 내외경제TV

 

대기오염 조사기관의 보고서에 따르면 국내 도시 미세먼지 농도는 선진국 주요도시의 2배 이상 수준이며, 특히 버스 정류장 중앙차로의 이산화질소 농도는 도심지역의 2.5~5.3배에 달해 버스이용자가 승차대기 중 받게 되는 대기오염의 피해는 상당히 높은 수준이다. 이에 버스정류장 주변 대기오염을 개선하는 ‘미세먼지 프리존 쉘터’를 도입하고 있다. '미세먼지 프리존 셸터'는 전기집진기와 활성탄으로 도로변 미세먼지를 90% 이상 제거해 외부 공기를 깨끗하게 하며, 정화된 공기를 유입해 내부 미세먼지를 ‘좋음’ 상태로 유지하는 시설이다. 또한 냉난방기기로 실내온도가 자동 조절돼 추위와 더위를 피할 수 있고, 온열의자도 설치됐다. 실제로 미세먼지 저감 효과 측정을 위해 고양향동지구  설치한 버스쉘터에서 LH 지난 12 측정한 초미세 먼지 농도 조사에 따르면 쉘터 외부는 1㎥당 42(나쁨), 쉘터 내부는 1㎥당 29.7(보통) 기록해 평균 10~33% 초미세먼지 저감효과를 보였다.

 

코로나가 끝나도 마스크를 써야한다고?

그렇다면 집진기와 스마트셸터 설치는 효과가 있었을까? 서울시가 미세먼지 저감 대책으로 200억원 가까이 투입해 지하철 역사 내에 대형 공기청정기 약 4000대를 설치했으나, 최근 조사 결과 효과가 없는 것으로 나타났다. 서울시와 서울교통공사에서 받은 자료에 따르면 시는 2020년부터 196억원을 들여 서울교통공사가 관리하는 지하철 1~8호선 모든 역사(245곳, 지상역 30곳 제외)에 대형 공기청정기 3996대를 설치했으며, 이로 인한 설치 비용 평균은 490만원 정도이다. 이러한 공기청정기의 설치로 인해 미세먼지의 농도가 낮아져야 하지만 서울교통공사의 공기질 측정 결과 지난해 전체 지하철 역사 내 평균 농도는 전년보다 0.2㎍/㎥ 높아졌다. 2·7·8호선을 제외한 5개 호선에서 미세먼지 농도는 1.9∼7.7㎍/㎥, 초미세먼지 농도는 2.6∼5.9㎍/㎥ 상승한 것으로 파악됐다. 또한 전체 지하철 역사 내 초미세먼지 평균 농도는 0.9㎍/㎥ 높아졌다.

환경부의 ‘제3차 지하역사 공기질개선대책’에 따르면 지하철 터널 미세먼지는 일반 대기질의 4배에서 6배 가량, 승강장의 3~4배로, 레일로 인한 비산 쇳가루나 마모먼지로 인해 터널 내부에 매일 최대 500마이크로그램의 미세먼지가 발생해 축적된다고 한다. 이렇게 매일 축적되는 터널 미세먼지가 열차가 달릴 때마다 환기구를 통해 바깥으로 배출되는 것이 문제인데, 이를 해결하기 위해 전기집진기를 설치 사업을 시행하였지만 4년이 된 현재, 설치율은 19%에 그치고 있는 것으로 집계됐다. 설치 규모는 2019년부터 2021년까지 환기구에 집진기 382개만 설치되었으며, 나머지 1500여 곳은 방치되고 있다.

버스의 경우 역시 문제점이 제기되고 있다. 미세먼지를 줄이기 위해 승객들이 수시로 타고 내리는 시내버스에 공기 정화 설비인 미세먼지 흡착 필터를 설치하였다. 하지만 현재 전체 시내버스 7,400여 대 중 미세먼지 필터가 설치된 버스는 97% 정도인데, 올해 들어 석 달째 미세먼지 필터를 가동하지 못하고 있다. 서울시는 연간 10억 원에 달하는 필터 예산을 확보하지 못했다고 설명하며, 버스 업계에서는 코로나로 인한 마스크 의무화 착용으로 미세먼지가 크게 시민이나 승객들에게 크게 위협이 되지 않는다고 설명했다. 이에 서울시와 버스조합은 공기청정기가 설치된 상태로 보급되고 있는 수소전기버스를 대안으로 제시했지만, 현재 서울 시내에 보급된 수소전기버스는 전체 버스 7,400여 대 중 수백 대에 불과하다. 서울시는 수소전기버스를 1년에 400~500대씩 계속 늘려 갈 계획이라지만, 이 마저도 예산 탓에 가동하지 않는 상황이 오는 것은 아닌지 의문이다. 전문가들은 차량 내 환기와 배기는 의무이기 때문에 필터 확보는 미룰 수 없는 문제라고 조언했다.

스마트 셸터는 미래형 버스정류장으로, 지하철 스크린도어와 같은 출입문을 3면에 장착하고 필요에 따라 난방은 물론 냉방, 공기 청정 기능까지 갖춘 첨단 시설이다. 이 때문에 세계 어느 대도시에서도 찾아보기 힘든 첨단 버스정류소가 들어설 것이라는 기대가 높지만, 이 복잡한 시설로 인해 각종 안전사고 우려와 함께 ‘버스 정거장이 이렇게까지 크게 만들어질 필요가 있느냐’는 목소리도 나온다. 중앙버스차로에 들어선 만큼 정류소 너머로 시야가 확보되지 않는 등 인근 상권의 간판이 가려지는 것도 문제로 제기된다. 또한 버스 운전사들이 정확하게 플랫폼 스크린도어에 맞춰 정차해야 하는 점과 스크린도어 고장 시 예상되는 여러 문제들을 우려하는 목소리도 높다. 한 버스 기사는 스크린도어 고장으로 인한 승객 끼임 등의 사례를 들며 기존 정류소에 비해 위험함을 강조했다. 특히, 도로 한복판에 설치된 스마트 쉘터에서 쏟아지는 밝은 조명도 문제점으로 지적된다. 한 운전자는 쉘터 벽면의 빛 밝기가 높아 야간에는 다소 눈이 부실 정도라며 운전자 시야 확보를 위해 시간대에 따라 조도를 조정할 필요가 있다고 말했다.

 

뚜벅이를 위한 나라는 있다

지하철 역사 내 미세먼지로 인한 공기 오염의 문제가 심각해지면서, 해외에서는 지하녹색공간을 조성하여 시민들이 휴식을 취할 수 있도록 노력하고 있다.

첫 번째 : 지하철 지하녹색공간 조성

일본 오사카의 가든시티의 경우, 지하광장에 길이 600m, 폭 19m 의 산책로를 조성하였다. 가로공원형태의 녹색공간을 조성한 것이다. 프랑스 파리의 리옹역의 경우, 승강장에 열대식물로 구성된 식물정원을 마련하였으며 싱가포르의 창이공항에는 실내의 벽면과 기둥에 녹색공간을 설치하였다. 국내에서도 9호선 노들역 및 흑석역에 식물공간 마련, 가락시장역에 식물 배치 등의 녹색공간 조성의 노력을 찾을 수 있다. 다만 식물생태에 관한 관리인력이 부족하여 지속적인 유지관리 시스템이 없는 것이 문제로 지적된다.

지하철 내 녹색공간을 조성하는 것은 공기질 개선과 심미적 효과가 크다는 연구 결과가 있다. 지하철 역사 내 벽면에 녹화시스템을 설치했을 때는 설치하지 않았을 때에 비해 평균온도가 감소하고 평균상대습도가 상승했다. 습도와 온도는 음의 상관관계를 보였으며, 미세먼지 농도는 상대습도가 높을수록 감소하는 경향을 보였다. 또한 지하철 내 녹색공간 조성은 사람들의 심리에 긍정적으로 영향을 준다. 연구에 따르면, 실내식물이 있을 때 사람들은 더 밝고, 편안한 따듯한 느낌을 받는 것으로 확인되었다.

두 번째 : 네덜란드의 ‘스모그 프리 타워’

네덜란드의 디자이너 단로서하르더는 대형 공기청정기인 ‘스모그 프리 타워’를 유동인구가 많은 교통 요점지 지역에 설치했다. ‘스모그 프리 타워’의 경우 시간당 3만m^2의 공기를 정화하는 능력이 있어, 미세먼지의 위험성을 알리는 조형작품으로 알려져 있다. 구리 코일에 전기를 흐르도록 설치하여, 미세먼지가 (+)전하를 띄게 함과 동시에 타워 안쪽을 (-)로 만들어 미세먼지를 포집한다. 이 타워의 경우 네달란드, 중국, 폴란드에 설치되었고 우리나라 안양시에도 설치했다.

 

 [자료6. 스모그 프리 타워의 전경]

출처 : JCCT 

세 번째 : 독일의 ‘시티트리’

독일의 친환경 기술회사 그린시티솔루션은 도심과 유동인구가 많은 교통 요점지의 미세먼지 해결을 위해 시티트리를 개발했다. 시티트리는 IoT 기반의 공공디자인으로, 이끼로 만들어진 수직정원의 형태로 설치되었다. 이 타워는 공기 중 미세먼지를 포함한 이산화질소, 오존가스와 같은 유해물질을 하루 평균 250g 흡수하고 이는 연간 240t의 이산화탄소를 정화하는 양이다. 전력 충전의 방식 역시 태양광 패널을 사용하고 스마트 월 방식으로 광고도 할 수 있다. 현재 오슬로, 파리, 브뤼셀, 홍콩 등에 설치되었다.

 

[자료7. 시티트리]

출처 : JCCT 

 

기침 없는 대중교통을 위해

그렇다면 대중교통 관련 미세먼지 문제를 해결할 현실적인 대안은 어떤 것들이 있을까?

첫 번째 :  미세먼지 정화와 차단의 방식 동시 채택

현재 지하철과 버스정류장의 미세먼지 관리는 지하터널과 외부로부터 유입되는 공기를 내부에서 정화시키는 것에 초점이 맞춰져 있다. 하지만 이는 단기적인 처방일 수 있으므로 내부 정화방식과 함께 근본적으로 오염된 공기의 유입을 차단하는 방법을 채택해야 한다. 출입구로부터 유입되는 오염된 외기를 차단하고 지하터널로부터 유입되는 오염된 공기 역시 차단할 수 있어야 한다. 

두 번째 : 환기 설비 개량

현재 지하철의 경우 공기청정기를 사용하여 지하 내부의 공기를 정화하는 방식으로 미세먼지 농도를 낮추는 데 노력하고 있다. 지하철 내 공기청정기는 주로 헤파필터를 사용하여 초미세먼지를 거르고 있는데, 사실 이 헤파필터는 환기설비에 사용하기 어려운 것으로 평가받고 있다. 헤파필터 사용시 오히려 산소의 공급을 일부 차단시켜 이산화탄소 농도를 높일 수 있기에 본래 환기설비의 기능을 상실하게 될 가능성이 있다. 이러한 헤파 필터를 대체할 수 있을 것으로 평가되는 것이 허니콤 구조 필터이다. 서울교통공사에서 이 기술을 상수역에 시범/적용한 결과 50%의 저감효과가 나타났다. 이처럼 지하철 역사내 환기설비의 개량이 절실한 상황이지만, 아직 국내의 필터관련 기술이 열악한 것은 사실이다. 필터에 들어가는 섬유가 국내에선 없기 때문에 중국으로부터의 수입에 의존하는 상황이다. 따라서 환기설비의 성능을 높이고 나아가 역사 내 미세먼지 농도를 낮추기 위해 정부에서 꾸준히 투자하여 R&D 사업을 펼쳐 나가야 할 것이다.

세 번째 :  공간에 따른 차별화된 미세먼지 저감 시스템 구축

전문가들은 우리나라 지하철과 버스정류장 내 미세먼지 저감 시스템이 미세먼지 ‘농도’에만 집중되어 있다고 말하고 있다. 결과적으로 수치만 낮추면 된다는 식의 연구에만 집중되고 있다고 지적한다. 이러한 근시안적인 결과에 집중하는 대신 대합실, 승강장, 객실별로 승객들이 어느 공간에 얼마나 머무르는지 등을 파악하고 미세먼지에 얼마나 어떻게 노출되는지 판단하여 대안을 도출해야 한다. 충분한 데이터를 가지고 구조의 차이가 있는 각 역사마다 적합한 저감 시스템을 구축하는 것이 더욱 효율적으로 미세먼지로 인한 지하철 내 피해를 줄일 수 있을 것이다.

지하철과 버스와 같은 대중교통은 인구유입과 체류시간이 긴 공공시설이다. 특히 고령화로 인해 대중교통 이용자의 연령대가 높아지고 있는 이 시점에서 대중교통의 미세먼지 문제는 우리 사회가 해결해야할 우선 과제이다. 우리나라의 대중교통 시설에서 발생하는 미세먼지 피해를 줄이기 위해선 앞서 살펴본 해외의 사례들을 적극 검토해보고 그에 따른 적극적인 투자가 비롯되어야 할 것이다. 또한 현재 시행 중인 대중교통의 미세먼지 저감 사업에 대해 제기된 문제점들을 연구하고 기존 시설을 보수 및 발전하는 방향으로도 충분한 연구가 진행되어야 할 것이다. 


친환경 교통수단에 대한 대학생신재생에너지기자단 기사 더 알아보기

1. "갑자기 증가한 전기버스 어디서 왔니?", 14기 윤재성, https://renewableenergyfollowers.org/3189 

2. "친환경 버스의 시대 ; 천연가스 버스? 이젠 전기버스!", 15기 김혜림, https://renewableenergyfollowers.org/2701 


참고문헌

[뚜벅이들을 위한, 대중교통?]

1) 박해리, “버스만 공기청정기 돌린다···출근길 미세먼지, 지하철이 두배”, 중앙일보, 2019.10.21, https://www.joongang.co.kr/article/23609604 

2) 한국환경공단, “도로 재비산먼지 관리시스템” 홈페이지, https://www.cleanroad.or.kr/intro/roadDust/info.do   

[지금 대한민국 미세먼지는] 

1) 권오은, “지하철에 양방향 전기집진기 설치하면 年 경유차 25만대 미세먼지 저감”, 조선비즈, 2021.05.31, https://biz.chosun.com/industry/company/2021/05/31/M45OPUU7RZEZVF3DQ4UJJAMDJM/

2) 서지현, “서울 지하철 미세먼지 저감 사업, 이렇게 진행되고 있어요!”, 내 손안에 서울, 2021.05.26, https://mediahub.seoul.go.kr/archives/2001678

3) 전찬민, “세계 최초의 양방향 전기집진기… 지하철 미세먼지 다 잡는다”, 공학저널, 2021.07.19, http://www.engjournal.co.kr/news/articleView.html?idxno=1526

[달리면서 청소도 하는 타요 버스] 

1) 강영연, “강남구, ‘미세먼지 프리 버스정류장’ 32개소 운영”, 한경닷컴, 2022.10.12, https://www.hankyung.com/society/article/202210121359i

2) 정규호, “LH, 미세먼지 차단하는 스마트 클린 버스쉘터 도입”, 시장경제, 2019.04.23, https://www.meconomynews.com/news/articleView.html?idxno=22220

3) 정연주, “도로를 달리는 공기청정기…마을버스가 미세먼지 없앤다”, 뉴스원, 2022.09.16, https://www.news1.kr/articles/4804428

[코로나가 끝나도 마스크를 써야한다고?] 

1) 김재현, “최첨단 버스정류소 ‘스마트 쉘터’, ‘추운 날씨에 딱이긴 한데…’”, 한국일보, 2021.10.19, https://www.hankookilbo.com/News/Read/A2021101015130004913?did=NA

2) 박대수, “[여의도칼럼] 지하철 미세먼지 심각하지만 집진기 설치는 미진”, 기계설비신문, 2022.10.24, http://www.kmecnews.co.kr/news/articleView.html?idxno=27491

3) 서효선, “시내버스 미세먼지 필터, 서울시 지원 끊겨 석 달째 가동 중단”, TBS 뉴스, 2022.04.01, http://tbs.seoul.kr/news/newsView.do?seq_800=20458754

4) 오제일, “박대수 ‘지하철 미세먼지, 밖의 6배…집진기는 19%뿐’”, 뉴시스, 2022.10.05, https://newsis.com/view/?id=NISX20221005_0002038466&cID=10201&pID=10200

5) 이세현, “200억 든 지하철 공기청정기…미세먼지 농도 오히려 높아져”, jtbc 뉴스, 2022.10.13, https://news.jtbc.co.kr/article/article.aspx?news_id=NB12083230

[뚜벅이를 위한 나라는 있다] 

1) 고지근 외 3명, “지하녹색공간 조성사례 및 효과”, 2018년도 한국철도학회 추계계학술대회 논문집, 2018, http://railway.or.kr/Papers_Conference/201811/pdf/KSR2018F135.pdf

2) 하서영 외 2명, “미세먼지 차단 프리 존에 대한 수요전망과 시사점”, The Journal of the Convergence on Culture Technology, 2020.08.06, http://www.koreascience.kr/article/JAKO202025465016830.pdf

[기침 없는 대중교통을 위해] 

1) 장병극, “철도 미세먼지 좌담회, “해외 수입 의존하는 필터 국산화 절실””, 철도 경제, 2020.04.21, https://www.redaily.co.kr/news/articleView.html?idxno=298

 

 

 

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