KAIST, '필터 없는' 공기정화로 초미세먼지 99.9% 제거

필터를 사용하지 않고도 초미세먼지를 99.9% 제거할 수 있는 공기정화 기술이 개발됐다.

(왼쪽부터) KAIST 우성윤 박사과정, 김일두 교수, 이승섭 교수, 채지환 박사과정, A2US 소속 유지연 연구원 (상단) 조유장 박사. KAIST 제공

KAIST는 신소재공학과 김일두 교수와 기계공학과 이승섭 교수 공동연구팀이 필터 없이 초미세먼지를 빠르게 제거, 오존을 발생시키지 않으면서 초저전력으로 구동되는 '물 정전 분무' 기반의 공기정화 장치를 개발했다고 8일 밝혔다.

이 장치는 '나노 물방울이 먼지를 붙잡는 기술'과 '스스로 물을 끌어 올리는 나노 스펀지 구조'를 결합해 완성됐다.

PM 0.3(지름 0.3㎛) 이하의 극초미세먼지까지 단시간에 제거할 수 있는 데다 장시간 사용해도 성능 저하가 없어 안정성과 내구성을 동시에 갖췄다는 평가다.

장치 내부에는 고전압 전극과 물을 스스로 끌어 올리는 나노섬유 흡수체, 모세관 현상으로 물을 이동시키는 폴리머 미세채널이 포함됐다.

이 구조 덕분에 펌프 없이도 물이 자동으로 공급되는 자기 펌핑(self-pumped) 구조가 구현돼 장시간 안정적인 물 정전 분무가 가능하다.

공동연구팀이 0.1m³ 실험 챔버에서 시험한 결과 이 장치는 PM0.3~PM10 범위의 다양한 입자를 20분 이내에 99.9% 제거했다.

물 정전 분무 기반의 소형 공기정화 장치 설계 및 작동 메커니즘. KAIST 제공

특히 기존 필터식 공기청정기로는 제거하기 어려운 PM 0.3 극초미세먼지도 5분 이내에 97% 제거하는 성능을 보였다.

이 같은 성능은 30회 연속 테스트와 50시간 연속 구동 과정에서도 안정적으로 유지됐다. 무엇보다 전력 소모는 스마트폰 충전기보다 적은 수준의 1.3W로 기존 헤파(HEPA, 고성능 공기필터) 기반 공기청정기의 1/20 수준에 불과했다는 게 공동연구팀의 설명이다.

개발한 장치는 오존이 전혀 발생하지 않으면서도 고효율 정화 성능을 유지해 차세대 친환경 공기정화 플랫폼으로 실내 환경은 물론 차량용·클린룸·휴대형·웨어러블 공기정화 모듈 등 다양한 분야로 확장해 사용할 수 있을 것으로 기대된다.

한편 이번 연구에는 채지환 박사과정(KAIST 기계공학과)과 조유장 박사(KAIST 신소재공학과)가 공동 제1 저자, 이승섭 교수(기계공학과)와 김일두 교수(신소재공학과)가 교신저자로 참여했다.

연구 결과(논문)는 최근 재료과학 및 나노기술 분야 국제 학술지 '어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈(Advanced Functional Materials·AFM)'를 통해서도 소개됐다.

대전=정일웅 기자 jiw3061@asiae.co.kr