이혜문·최동윤 재료연 박사팀, 환경정화용 알루미늄 전도성 섬유 필터 제조
미세먼지·바이오 유해물질 제거효율이 극대화

국내 연구진이 미세먼지와 바이오 유해물질을 동시에 높은 효율로 제거할 수 있는 알루미늄 전도성 섬유 필터를 개발했다. 이 필터를 가정, 자동차, 클린룸 등에 활용할 경우 미세먼지로부터 건강을 보호하고 첨단 산업제품의 생산비용 절감이 가능해질 전망이다.

재료연구소(소장 김해두)는 이혜문·최동윤 분말·세라믹연구본부 박사팀이 일반 부직포 필터에 알루미늄 나노구조체를 코팅할 수 있는 기술을 개발하고 미세먼지와 바이오 유해물질을 동시에 높은 효율로 제거할 수 있는 전도성 섬유 필터소재를 제조하는데 성공했다고 22일 밝혔다.

개발된 필터는 현재 시판 중인 미세먼지 제거용 헤파(HEPA) 필터 대비 에너지와 미세먼지 제거효율이 10배 이상 뛰어나고 바이오 유해물질에 약 99%의 항균 특성을 보이는 것으로 분석됐다.

기존의 미세먼지 필터시스템은 굵기가 가는 섬유로 매우 조밀하게 구성돼 기공의 크기가 매우 작은 헤파(HEPA)필터로 이뤄져 있었다. 이 시스템은 미세먼지 제거 효율은 좋지만 압력 손실이 매우 높아 공기를 여과하는 데 필요한 송풍기 전력 소모량이 크고 소음, 진동 등이 문제점으로 발생했다.  

연구팀은 알루미늄 잉크 소재와 코팅 공정기술을 환경 필터소재에 적용해 이러한 문제를 해결했다. 폴리머 부직포 필터 소재 표면에 알루미늄 나노구조체를 고르게 코팅하고, 전기전도성이 매우 뛰어난 부직포 섬유 필터 소재가 제작됐다.

이 필터는 인위적인 고전압 인가를 통해 필터의 주변 영역에 강한 전기장을 형성시킬 수 있다. 이는 여과집진 방식의 주요 메커니즘인 필터섬유에 대한 입자 충돌, 간섭, 확산 외에도 미세먼지와 필터 사이의 전기적 인력을 극대화할 수 있어 현재 사용되는 헤파 필터와 비교해 동등한 수준 이상의 미세먼지 제거 효율 구현이 가능하다.

또 기공의 크기가 매우 큰 일반 부직포 필터로 구성되어 있어 공기정화 시 발생되는 압력손실이 기존 헤파 필터 대비 10분의 1 수준 밖에 되지 않는다. 송풍기 운전에 필요한 에너지 소모량을 상당 부분 낮출 수 있으며 운전 시 발생하는 소음, 진동 문제도 동시에 해결할 수 있다. 

이 필터에 코팅된 알루미늄 나노구조체의 표면에는 약 3~10나노미터 두께의 얇은 산화 보호막이 존재해 미세먼지 제거에 사용된 필터를 물이나 알코올 등으로 세척·건조함으로써 여러 번 재사용이 가능하다. 

이혜문 재료연 박사는 "이 기술은 한국을 비롯해 동아시아 주요 국가의 골칫거리인 미세먼지 문제로부터 국민들의 건강을 효과적으로 지키기 위한 가정·자동차용 공기청정기, 클린룸과 같은 산업용 공기청정시스템 핵심 필터소재로 활용이 가능하다"고 말했다.

이 기술은 지난 5월 유명 기능소재 관련 학술저널인 미국 화학회 에이씨에스 어플라이드 머테리얼즈 앤 인터페이스(ACS Applied Materials & Interfaces) 온라인판에 게재됐다.

연구팀은 해당 기술을 기반으로 국내외 특허 출원도 진행하고 있다. 또 스타트업 알링크를 통해 알루미늄 나노구조체가 코팅된 전도성 섬유 필터 소재를 미세먼지 제거용 공기청정기와 자동차용 에어필터 소재로 상품화하기 위한 시작품 제작, 마케팅을 진행하고 있다. 

개발된 필터가 사용된 공기청정기 및 환기시스템 시작품.<사진=재료연구소 제공>
개발된 필터가 사용된 공기청정기 및 환기시스템 시작품.<사진=재료연구소 제공>
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