'나노 물방울'로 초미세먼지 99.9% 없앤다 [지금은 과학]

[아이뉴스24 정종오 기자] 한국과학기술원(KAIST) 연구팀이 물기반 공기청정기를 개발했다. 초미세먼지를 99.9% 제거할 수 있는 능력을 갖췄다.

‘나노 물방울이 먼지를 붙잡는 기술’과 ‘스스로 물을 끌어 올리는 나노 스펀지 구조’를 결합했다. 필터 없이도 나노 물방울로 먼지를 제거하고 스스로 물을 공급하며 오랫동안 조용하고 안전하게 작동하는 기술이다.

KAIST(총장 이광형)는 신소재공학과 김일두 교수와 기계공학과 이승섭 교수 공동연구팀이 필터 없이 초미세먼지를 빠르게 제거하고 오존이 발생하지 않으며 초저전력으로 구동되는 새로운 물 정전 분무 기반 공기정화 장치를 개발했다고 8일 발표했다.

이번 장치는 기존 공기청정기의 한계를 넘어 필터 교체가 필요 없고 오존도 발생하지 않는다고 연구팀은 설명했다. 머리카락 굵기의 약 200분의 1에 불과한 PM0.3(지름 0.3㎛) 이하 크기의 극초미세먼지까지 단시간에 제거할 수 있다,

장시간 사용해도 성능이 떨어지지 않는 높은 안정성과 내구성도 동시에 입증했다.

이 장치는 이승섭 교수의 ‘오존 없는 물 정전분무(electrospray)’ 기술과 김일두 교수의 ‘고흡습 나노섬유(hygroscopic nanofiber)’ 기술이 결합해 탄생했다.

장치 내부에는 고전압 전극, 물을 스스로 끌어올리는 나노섬유 흡수체, 모세관 현상으로 물을 이동시키는 폴리머 미세채널이 포함돼 있다. 이 구조 덕분에 펌프 없이도 물이 자동으로 공급되는 자기펌핑(self-pumped) 구조가 구현되며, 장시간 안정적 물 정전분무가 가능하다.

연구팀이 실험 챔버에서 시험한 결과 이 장치는 PM0.3~PM10 범위의 다양한 입자를 20분 내 99.9% 제거했다. 기존 필터식 공기청정기로 제거가 어려운 PM0.3 극초미세먼지도 5분 내 97% 제거하는 뛰어난 성능을 보였다.

30회 연속 테스트와 50시간 연속 구동에서도 성능이 떨어지지 않았다. 전력소모는 스마트폰 충전기보다도 적은 수준의 전력인 약 1.3W로 기존 헤파(HEPA, High Efficiency Particulate Air, 미세먼지를 매우 잘 걸러주는 고성능 공기필터) 기반 공기청정기의 약 20분의 1에 불과했다.

필터가 없어 공기 흐름의 압력손실이 없고 소음도 거의 발생하지 않는다.

이번 기술은 오존이 전혀 발생하지 않으면서도 고효율 정화 성능을 유지해 차세대 친환경 공기정화 플랫폼으로의 가능성을 제시했다.

필터 교체 비용 제거, 초저전력 구동, 장시간 안정성 확보 등의 장점을 통해 실내 환경뿐 아니라 차량용·클린룸·휴대형·웨어러블 공기정화 모듈 등 다양한 분야로의 확장이 기대된다.

이 기술은 이승섭 교수의 연구실 창업기업인 A2US를 통해 사업화가 진행 중이다.

연구 결과(논문명: Self-pumped Hygroscopic Nanofiber Emitter for Ozone-free Water Electrospray-based Air Purification)는 재료과학과 나노기술 분야 국제 학술지 어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈(Advanced Functional Materials, AFM)에 11월 14일 자로 실렸다.