김상우 성균관대 교수, 바람 활용한 실내외 미세먼지 제거 기술 개발

김상우 성균관대학교 신소재공학부 교수. /제공=성균관대

성균관대학교는 이 학교 김상우 신소재공학부 교수 연구팀이 D 프린팅 기술을 이용해 실생활 속에서 마찰 정전기를 활용한 무전원·무압력손실 미세먼지 포집 시스템을 국내 최초로 구현 및 개발했다고 8일 밝혔다.

성균관대는 김 교수의 이번 기술 개발로 별도의 전력 없이도 바람을 활용해 실내외 미세먼지를 제거할 수 있게 됐다고 설명했다.

대기오염의 주범이자 1급 발암물질로 지정된 미세먼지의 ‘매우 나쁨 수준’은 담배연기를 8평 공간에서 1시간24분, 매연을 3시간40분 마신 것과 동일할 정도로 환경 오염 심각성이 인식되는 가운데 이번 연구는 친환경적이면서 미세먼지를 효과적으로 제거할 수 있는 기술로 각광받을 전망이다.

앞서 효과적으로 미세먼지를 제거할 수 있는 연구들이 산학연에서 활발하게 진행됐으나 현존 기계식 필터는 과도한 압력손실이 발생하는 점과 재사용 불가능, 폐기물 형성 등의 단점을 안고 있다.

전기식 필터 역시 많은 공간과 전력을 필요로 하는 점과 인체에 유해한 오존을 발생시키는 등 한계가 있어 대체재 필요성이 대두됐다.

성균관대 연구팀은 3D 프린팅 기술로 표면적이 극대화된 고분자 물질 융모구조(villus structure)를 구현했으며 바람을 활용한 다수의 마이크로미터 크기의 고분자 볼(ball)과 융모 구조와의 마찰접촉을 극대화해 효과적으로 마찰정전기를 발생시켰다.

이들은 발생된 마찰정전기를 이용해 압력손실 없이 건물 내 미세먼지 제거를 가능하게 했을 뿐 아니라 바람으로 실외의 미세먼지를 손쉽게 포집할 수 있음을 확인했다.

김 교수 연구팀이 개발한 방식은 기계식 필터 기반 조밀한 면에서의 물리적 입자 포집 및 전기식 필터 기반 고전압을 사용한 대기방전에 의한 포집과는 다르게 압력손실을 거의 발생시키지 않으면서 접촉 대전으로 마찰 정전기를 만드는 미세먼지 포집 기술이다.

이번에 개발된 미세먼지 필터는 나노미터 수준부터 마이크로 단위의 미세먼지까지 제거할 수 있다. 이어 압력손실이 거의 발생하지 않기 때문에 순환시스템의 에너지 효율을 극대화할 수 있으며 세척을 통한 재사용이 가능해 폐기물이 나오지 않는다.

김상우 교수는 “이번 연구는 마찰정전기를 활용한 자가발전의 미세먼지 제거 기술로 기존 필터의 소재적·구조적 한계를 극복한 스마트 필터를 개발한 것”이라고 설명했다.

김 교수는 이어 “향후 이 기 술을 무전원의 미세먼지 제거 기술로 에너지 저감형 공조시스템(클린룸), 전기자동차의 무전원 에어필터, 일반 가정의 환기시스템, 숨쉬기 쉬운 마스크 등에 적용할 수 있을 것으로 본다”며 “특히 실외의 미세먼지를 효과적으로 제거할 수 있는 기술로도 사용될 수 있으리라 기대한다”고 덧붙였다.

이번 연구는 미래창조과학부·한국연구재단 기초연구지원사업 중견연구자지원사업(도약)과 한국화학연구원 주요사업(3D Device Printing기반 HMI용 One-patch 소자 개발)의 지원으로 수행됐다.

한편, 연구 결과는 지난 4일 국제학술지 나노에너지(Nano Energy) 온라인 판에 게재됐다.