의학·과학 과학

세계 최초 물방울로 지하철역 공기 정화했다

김만기 기자

파이낸셜뉴스

입력 2021.05.04 13:49

수정 2021.05.04 14:13

에너지기술연구원, 정전분무 방식 공기청정기 개발
서울 지하철 5호선 장한평 역사 내에서 실험해 성공
초미세먼지 98%, 세균 99.9%, 유기화합물 96% 제거
병원, 체육관 등 공공시설과 가정용으로까지 확대 가능
한국에너지기술연구원 EMS연구실 연구진이 서울교통공사 장한평역 플랫폼에서 정전분무 공기청정기를 운전하고 있다. 에너지기술연구원 제공
한국에너지기술연구원 EMS연구실 연구진이 서울교통공사 장한평역 플랫폼에서 정전분무 공기청정기를 운전하고 있다. 에너지기술연구원 제공
[파이낸셜뉴스] 국내 연구진이 물방울로 실내 공기를 정화하는 기술을 개발했다. 연구진은 이 기술을 이용하면 초미세먼지를 최대 98% 제거할 수 있으며, 공기중 세균을 99.9%, 휘발성 유기 화합물을 96% 제거할 수 있다고 설명했다.

한국에너지기술연구원은 EMS연구실 최종원 박사팀이 물의 정전분무를 이용한 공기청정 기술을 개발하고 실증 연구를 성공리에 마쳤다고 4일 밝혔다. 최종원 박사는 "기술이 상용화될 경우 불특정 다수가 이용하는 지하철, 어린이집, 학교, 병원, 백화점, 군부대, 종교시설 등과 같은 다중 이용시설의 경제적이고 효과적인 공기질 개선에 큰 도움을 줄 수 있을 것"이라고 말했다.

연구진이 개발한 공기청정 기술에는 정전분무를 이용했다. 정전분무는 물을 안개처럼 뿌릴때 고전압을 걸어 물방울에 정전기를 띄게 만든다.
정전기를 띈 물방울들은 공기중의 미세먼지를 달라붙게 만든다.

연구진은 이 기술을 서울교통공사 5호선 장한평 역사 내에서 실험했다. 실험결과 지하철 플랫폼 내에서 PM2.5에 해당하는 초미세먼지는 최대 98%까지 제거할 수 있었다.

1분당 30㎥규모의 공간을 처리할 수 있는 정전분무 공기청정기 2대를 연속 가동했다. 지하철 역사 플랫폼 공간 중 약 80평에 해당하는 면적의 미세먼지 농도를 최대 40%까지 감소시켰다. 연구진은 스크린 도어, 계단 등을 통해 외부로부터 끊임없이 미세먼지가 유입되는 반 밀폐된 구조의 지하철 플랫폼을 고려했을 때 이 수치는 상당히 높다고 설명했다.

또한, 정전분무때 만들어지는 과산화수소수와 오존수로 총 부유세균은 99.9% 이상, 총 휘발성 유기화합물은 96% 이상 저감시켰다.

연구진이 개발한 기술은 필터를 사용하지 않는다. 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 전부다. 연구진은 편리한 실내 공기질 관리 방법을 제시해 경제적으로도 의미가 매우 높고 활용 범위도 넓어질 것으로 기대하고 있다.

서울교통공사 장한평역 플랫폼에서 측정한 총부유세균과 정전분무 공기청정기를 가동한 뒤 측정한 부유세균을 비교한 결과 99.9% 제거됐다. 에너지기술연구원 제공
서울교통공사 장한평역 플랫폼에서 측정한 총부유세균과 정전분무 공기청정기를 가동한 뒤 측정한 부유세균을 비교한 결과 99.9% 제거됐다. 에너지기술연구원 제공
일반적으로 물은 5~20 ㎛ 사이의 작은 크기가 되면 물방울 표면이 자발적으로 수소 이온과 수산화 이온으로 나뉘게 된다. 이 작은 물방울들이 바늘과 전극 사이에 형성되는 수 kV/cm의 높은 전기장 환경에 놓이면, 표면의 수산화 이온이 수산화 라디컬로 변함과 동시에 2개의 수산화 라디컬이 결합해 소독약 성분인 과산화수소로 변한다. 또한, 노즐 주위를 지나는 공기 중에 있는 일부 산소 분자는 전기장을 지나면서 코로나 방전에 의해 오존으로 산화됨과 동시에 물 액적 속에 용해되어 강력한 산화력·살균력을 지닌 오존수가 된다.

이렇게 생성된 과산화수소수와 오존수는 실내 공기 내 떠다니는 세균, 바이러스를 제거할 수 있을 뿐만 아니라 악취도 제거할 수 있는 가능성을 가지고 있다.
더 나아가 새집증후군을 일으키는 톨루엔, 아세트알데히드 등 휘발성 유기화합물들도 이산화탄소와 물로 분해할 수 있다.

연구진은 이러한 원리를 이용하여 별도의 첨가제 없이 물만의 본질을 이용한 정전분무 기술로 초미세먼지의 집진, 부유세균의 살균, 휘발성 유기화합물의 산화가 동시에 이루어질 수 있는 공기청정기를 개발해 지하철 플랫폼에서 동시 저감 기술의 검증까지 마쳤다.


최종원 박사는 "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.

monarch@fnnews.com 김만기 기자

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