미세먼지 잡는 자동차…배출에서 '정화'로 탈바꿈

도로 위를 달리는 자동차가 미세먼지를 잡는 공기정화 기술이 개발됐다. 자동차가 미세먼지 '배출'이라는 기존 이미지에서 벗어나 '공기 정화'의 주체로 거듭날 것으로 기대된다.

한방우 도시환경연구실 실장이 '공기정화 자동차'의 실도로 운전 성능 평가결과를 설명하고 있다. 한국기계연구원

한국기계연구원(기계연)은 친환경에너지연구본부 도시환경연구실 한방우 실장 연구팀이 주행 중 미세먼지와 브레이크 마모 먼지를 동시에 줄이는 '공기정화 자동차' 기술을 개발했다고 28일 밝혔다.

자동차의 기존 구조를 활용해 주행 중 주변 공기를 정화하고, 브레이크 마모 먼지는 발생 지점에서 직접 포집하는 구조다.

이 기술은 기계연의 5대 대표 브랜드 'AirFive'의 주요 연구성과 중 하나다. 자동차가 도심을 이동하는 동안 공기를 정화하는 '이동형 공기정화 장치'로 활용할 수 있다.

그릴형 집진·캘리퍼형 집진·주차 중 공기정화를 위한 무선 전력 전송 등 기술을 핵심으로 구현했다. 기계연은 카니발, 쏘나타 등 차종에 이 기술을 적용해 성능도 검증했다.

그릴형 집진 장치는 자동차 그릴로 들어오는 미세먼지에 전기를 띠게 한 후 전기적 힘으로 미세먼지가 집진판에 붙게 해 제거하는 기능을 한다. 머리카락보다 가는 탄소섬유를 적용해 적은 전류로 미세먼지를 처리하면서, 오전 발생을 최소화한 것이 장점이다.

주행 중에는 주행풍으로 별도의 고출력 송풍장치 없이 공기를 정화한다. 또 무선 전력 공급 설비가 설치된 주차 공간에서는 기존 라디에이터 팬으로 정차 중 주변 공기를 정화할 수 있다.

브레이크가 마모하는 과정에서 발생하는 먼지는 캘리퍼 뒤쪽에 설치한 집진 장치로 발생 지점에서 직접 포집한다. 브레이크 패드와 디스크의 마찰 과정에서 먼지가 자연스럽게 전기를 띠는 특성을 이용해 별도의 하전 장치 또는 흡입용 팬 없이 전기적 힘으로 먼지를 제거한다.

이를 적용했을 때 국제표준 자동차 시험 주행 방식인 'WLTC 조건'에서 자동차 1대가 1㎞를 주행할 때 22.2㎎의 브레이크 마모 먼지를 포집했다. 자동차 1대가 450㎞ 주행할 때를 기준으로는 10g의 브레이크 마모 먼지를 걸러낼 수 있는 셈이다.

기계연은 주행 중 미세먼지와 브레이크 마모 먼지를 동시에 줄이는 ‘공기정화 자동차’ 기술을 개발했다. 해당 기술은 카니발, 쏘나타 등 차종에 적용돼 성능 검증을 거쳤다. 한국기계연구원

성능 평가 결과 그릴형 집진 장치는 시속 30㎞에서 초미세먼지(PM2.5)를 95% 이상, 미세먼지(PM2.5-10)를 99% 이상 제거했다. 이 같은 성능은 시속 50㎞에서도 유지돼 자동차 1대가 시간당 1800㎥의 공기를 정화할 수 있는 것으로 확인됐다. 장치 장착 전후 연비 변화는 1% 이내로 영향이 미미했다.

연구팀이 개발한 기술은 공기저항이 적은 전기집진 방식을 적용하고, 차량의 기존 공간과 부품을 활용해 추가 동력 구조 변경을 최소화한 것이 장점으로 꼽힌다. 특히 EURO 7에서 브레이크 먼지가 규제 대상에 포함되는 등 환경규제가 강화된 점을 고려하면 해당 기술의 활용도는 앞으로 더 높아질 것으로 기대된다.

한 실장은 "연구팀이 개발한 '공기정화 자동차' 기술은 자동차가 도로를 주행하면서 주변 미세먼지를 정화하고, 브레이크 먼지를 발생 지점에서부터 줄일 수 있다는 게 강점"이라며 "연구팀은 앞으로도 기계연 5대 대표 브랜드인 'AirFive'와 연계한 도심 공기정화 기술 활용을 점차 확대하겠다"고 말했다.

이건희 선임연구원은 "차량의 기존 구조와 주행풍으로 추가 동력 사용을 최소화했다"며 "실차 적용으로도 성능을 확인한 만큼, 앞으로 실도로 성능과 장기 내구성을 검증하는 과정을 거쳐 기술을 고도화하겠다"고 말했다.

한편 이번 연구는 자동차산업핵심기술개발사업의 대기 미세먼지 대응 상호협력형 공기정화 자동차 과제의 지원을 받아 수행됐다. 연구성과는 국제학술지 'Tribology International과 Atmosphere' 등에 게재됐으며, 한국·미국·독일 등 국내외에서 특허를 출원했다.

대전=정일웅 기자 jiw3061@asiae.co.kr