[한국대학신문 신지원 기자] 한밭대학교(총장 최병욱)는 최원산 화학생명공학과 교수 연구팀이 ‘로또 머신 형태의 고성능/초고속/고에너지효율 미세먼지 제거 기술’을 개발했다고 밝혔다.

최근 다양한 소재 및 방식들이 적용된 미세먼지 제거기술이 개발되고 있으며 건물 내, 실내, 및 옥외등에서 미세먼지 제거를 위해 활용되고 있다.

미세먼지(PM: particulate matter)는 주로 황산염, 질산염, 규산염, 염소, 탄소, 및 중금속 등으로 구성돼 보통 음전하를 띄고 있고 이들의 크기에 따라 공기역학적 입경이 10㎛ 및 2.5㎛이하인 경우 PM10 및 PM2.5로 분류된다. PM2.5경우 작은 크기로 인해 비표면적이 높아 수분 및 중금속 등을 잘 흡착해 인체유입 시 폐질환, 심혈관계질환 및 암 등을 유발한다.

미세먼지 제거 원리는 미세먼지를 포함하는 공기가 필터를 통과하면서 흡착 및 배제에 의해 제거돼 필터의 구조를 복잡하게 만들거나 두께를 증가시키면 자연스럽게 필터의 효율이 향상 된다. 그러나 두껍거나 복잡한 구조의 필터를 공기가 통과하기 위해서는 높은 압력강하(△P: Pinput - Poutput)가 발생하고 높은 에너지 소비가 불가피하다. 또한 고속필터 시 압력강하가 증가하고 제거효율이 감소해 일반적으로 낮은 필터 속도(0.1-0.5m/s)를 유지한다.

이에 낮은 압력강하에서 고속 및 고성능으로 미세먼지를 제거하는 기술 개발이 관심을 받고 큰 이슈로 부각되고 있다.

기존의 미세먼지 필터는 모두 고정형으로서 공기가 필터에 유입될시 고정형 필터에 의해 공기흐름의 방해가 생겨 높은 압력강하(수십~수백 pa)가 발생을 한다.

이런 상황에서 최 교수 연구팀은 로또 추첨 시 로또 볼이 로또 머신 내에서 활발히 움직이는 모습에 영감을 얻어 금속나노입자가 코팅된 3mm 크기의 스펀지 볼을 한 단계로 합성하고 이를 유리 챔버 내에 탑재해 미세먼지를 제거하는 연구로 기존 고정형 필터의 문제점 및 기술적 한계를 극복하는데 성공했다.

연구팀은 스펀지 볼 회전 시, 금속나노입자의 극성과 유리챔버 내에 발생하는 강력한 정전기(559V)를 이용해 낮은 압력강하 (△P: 9 pa)에서 고속(v: 2.5-9.5 m/s) 및 고효율[RE(%): 99.7% for PM2.5]로 초고농도 미세먼지 (PM10 and PM2.5: over 10,000 and 3000 mg/m3)를 15분 만에 좋음 수준(PM10 and PM2.5: 24 and 12 mg/m3)의 공기 질로 개선하는데 성공했다.

최 교수는 “기존 미세먼지 필터의 성능을 평가하는 QF(quality factor)에는 공기의 속도 부분이 포함되지 않아 미세먼지 필터에 대한 제대로 된 평가가 어려웠으나, 연구팀은 공기의 속도를 포함하는 새로운 평가 기준(m-QF: modified QF)을 제안하고 이를 인정받아 향후 미세먼지 필터의 성능을 좀 더 체계적으로 평가할 수 있을 것“이라고 설명했다.

이어서 “이를 활용하면 기존의 높은 전력소비를 획기적으로 낮출수 있을 것”이라며, “특히 제거효율은 유지한 채 저전력으로 빠른 미세먼지 제거가 가능해 산업적으로도 큰 의미가 있다”고 강조했다.

이번 연구결과는 영국왕립화학회에서 발행하는 국제학술지인 ‘Journal of Materials Chemistry A’의 3월 최근호에 실렸으며, 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단에서 기초연구사업(일반연구) 지원을 받아 이뤄졌다.