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세계 최초 물방울 이용한 공기청정기술 개발
기사작성: 2021-05-04 12:00:00

[아시아경제 김봉수 기자] 세계 최초로 물방울을 이용한 공기청정 기술이 한국 연구진에 의해 개발됐다.


한국에너지기술연구원은 물의 정전분무를 이용한 고효율의 공기 청정 기술을 개발하고 실증 연구를 성공리에 마쳤다고 4일 밝혔다.
정전분무란 분무 시 노즐을 통과하는 액체에 양(+), 음(-)의 고전압을 공급함으로써 액체 속의 이온이 표면으로 이동하며 수십 마이크로미터 크기의 미세한 액적(물 덩어리)으로 변화되는 기술을 말한다.


지하철 역사 내 미세먼지의 농도는 대기에서 측정된 농도보다 1.5∼5배 정도 높게 측정되고 있어 보다 효율적인 미세먼지 저감 대책이 필요하다.
현재 곰팡이나 박테리아와 같은 부유 세균과 총 휘발성 유기화합물(TVOCs) 농도에 관한 기준이 제시되어 있지 않지만, 요즘과 같은 코로나 시국에는 일상생활 속에서 불특정 다수의 이용객들이 바이러스, 세균 등에 노출될 수 있으므로 이에 대한 대응방안이 필요한 시점이다.


이에 최종원 에너지기술연구원 EMS 연구실 박사팀은 효과적인 공기질 관리를 위해 물에 고전압을 걸어 초미세먼지, 부유세균 및 휘발성 유기화합물을 3-in-1 으로 동시에 저감시킬 수 있는 정전 분무 방식의 차세대 공기청정 기술을 개발했다.
특히 서울교통공사 5호선 장한평 역사 내에서 성공리에 실증 연구도 마쳤다.



한편 지하철 플랫폼의 경우 공기 오염의 원인이 외부에서 유입된 초미세먼지 외에도 역사로 진입하는 열차의 바퀴 및 철로의 마모를 통해 발생된 초미세 철 입자가 매우 큰 비중을 차지하고 있다.
즉, 지하철 플랫폼의 경우 초미세먼지를 구성하고 있는 주요 성분은 외부에서 유입된 탄소계열과 지하철 내부에서 발생한 산화철 계열 입자라고 할 수 있다.


연구진은 이러한 지하철 역사만의 특수한 환경을 고려해 미세먼지의 물성 특성에 따른 맞춤형 집진 기술을 적용했다.
만일 정전분무를 이용한 집진 시 철 입자까지도 물로 포집한 후 그 물을 재순환시켜 이용하게 되면 부식에 의한 수질 오염의 우려가 있다.
이에 다수의 구리 코일을 공기청정기 입구에 배치해 코일 주변에 유도 자기장을 발생시켜 1차적으로 철 미세입자를 포집했으며, 2차적으로 고하전 물 액적에 의해 철 입자를 제외한 미세먼지를 포집했다.


이러한 프로세스를 거쳐 지하철 플랫폼 내에서 3-in-1 정전분무 공기청정기의 성능을 알아본 결과, PM2.5에 해당하는 초미세먼지는 최대 98%까지 제거할 수 있었다.
30 CMM(m3/min) 규모 처리 능력이 있는 정전분무 공기청정기 2대를 연속 가동했을 때 역사의 플랫폼 공간 중 약 80평에 해당하는 면적의 미세먼지 농도를 최대 40%까지 감소시킬 수 있었다.
스크린 도어, 계단 등을 통해 외부로부터 끊임없이 미세먼지가 유입되는 반 밀폐된 구조의 지하철 플랫폼을 고려해보았을 때 이 수치는 상당히 높다고 볼 수 있다.
정전분무 시 생성되는 과산화수소수 및 오존수에 의해 총 부유세균은 99.9% 이상, 총 휘발성 유기화합물은 96% 이상 저감시키는 것을 확인했다.


전기를 이용한 공기청정기의 경우 가스상으로 배출되는 오존에 관해 엄격하게 규제를 하고 있다.
3-in-1 정전분무 공기청정기 출구에서 배출되는 공기 내 오존 농도를 정밀하게 측정해본 결과 법적 규제치인 0.05 ppm에 훨씬 못 미치는 0.015 ppm으로 측정됐다.
역사 내 공기청정기가 설치된 반대편 플랫폼의 공기 내에서 자연적으로 존재하는 오존의 농도가 0.01 ppm으로 측정된 걸 감안하면 공기청정기의 운전 중 생성된 오존이 물에 용해되지 않고 배출되는 양은 약 0.005 ppm 이하로 매우 낮은 것을 확인할 수 있다.


연구진이 개발한 기술은 필터를 사용하지 않으므로 기존 여과식 공기청정기가 지니고 있는 높은 차압에 따른 팬 소모동력 증가 및 주기적인 필터의 교체비용에 대한 부담을 덜어줄 수 있다.
단순히 물의 보충 및 저가의 물필터의 교체가 유지보수의 전부인 편리한 실내 공기질 관리의 새로운 방법을 제시한 것이라서 경제적으로도 의미가 매우 높고 활용 범위도 넓어질 것으로 기대된다.


최종원 박사는 “지하철, 지하상가 등 반밀폐형 공간의 실내 공기질을 관리하기 위해 집진, 살균, TVOCs 산화 설비를 각각 설치하는 것은 설치비용, 유지보수 비용 및 공간적 제약 등 소비자에게 큰 부담으로 느껴질 수 있기 때문에 물을 이용한 3-in-1 정전분무 기술이 대안이 될 수 있다”며 “정전분무 공기청정 기술에 관한 연구는 이제 막 기초 성능에 관한 검증을 마친 상태로 시장에 진입하기 위해서 다양한 악취, 바이러스 등을 대상으로 성능 검증을 넓혀갈 계획"이라고 말했다.


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