경제/교육

한밭대 최원산 교수 연구팀, 로또머신형 미세먼지 제거 기술 개발

- 고성능/초고속/고에너지효율의 로또머신형 미세먼지 제거 기술개발

작성일 : 2019-03-05 18:40 작성자 : 한경범 (ccsd7@daum.net)

    - 낮은전력소비 하에서 고성능 유지한 채 고속제거 가능-산업 파급효과 기대

 

국립 한밭대학교(총장 최병욱)는 화학생명공학과 최원산 교수 연구팀이 ‘로또 머신 형태의 고성능/초고속/고에너지효율 미세먼지 제거 기술’을 개발했다고 밝혔다.

 

 최근 다양한 소재 및 방식들이 적용된 미세먼지 제거기술이 개발되고 있으며 건물 내, 실내, 및 옥외등에서 미세먼지 제거를 위해 활용되고 있다. 


 미세먼지(PM: particulate matter)는 주로 황산염, 질산염, 규산염, 염소, 탄소, 및 중금속 등으로 구성되어 보통 음전하를 띄고 있고 이들의 크기에 따라 공기역학적 입경이 10 ㎛ 및 2.5 ㎛이하인 경우 PM10 및 PM2.5로 분류된다.

 

PM2.5경우 작은 크기로 인해 비표면적이 높아 수분 및 중금속 등을 잘 흡착해 인체유입 시 폐질환, 심혈관계질환 및 암 등을 유발한다. 
 

 미세먼지 제거 원리는 미세먼지를 포함하는 공기가 필터를 통과하면서 흡착 및 배제에 의해 제거되어 필터의 구조를 복잡하게 만들거나 두께를 증가시키면 자연스럽게 필터의 효율이 향상 된다.

 

그러나 두껍거나 복잡한 구조의 필터를 공기가 통과하기 위해서는 높은 압력강하(△P: Pinput - Poutput)가 발생하고 높은 에너지 소비가 불가피하다. 또한 고속필터 시 압력강하가 증가하고 제거효율이 감소하여 일반적으로 낮은 필터 속도(0.1-0.5m/s)를 유지한다.  


 그리하여 최근, 낮은 압력강하에서 고속 및 고성능으로 미세먼지를 제거하는 기술 개발이 관심을 받고 큰 이슈로 부각되고 있다.
 

로또 볼로 사용된 스펀지 볼과 로또 머신형 미세먼지 필터의 모식도
로또 볼로 사용된 스펀지 볼과 로또 머신형 미세먼지 필터의 모식도

 

 기존의 미세먼지 필터는 모두 고정형으로서 공기가 필터에 유입될시 고정형 필터에 의해 공기흐름의 방해가 생겨 높은 압력강하(수십~수백 pa)가 발생을 한다.  

 

 이런 상황에서 최원산 교수 연구팀은 로또 추첨 시 로또 볼이 로또 머신 내에서 활발히 움직이는 모습에 영감을 얻어 금속나노입자가 코팅된  3 mm 크기의 스펀지 볼을 한 단계로 합성하고 이를 유리 챔버 내에 탑재하여 미세먼지를 제거하는 연구로 기존 고정형 필터의 문제점 및 기술적 한계를 극복하는데 성공했다.
 

 

 연구팀은 스펀지 볼 회전 시, 금속나노입자의 극성과 유리챔버 내에 발생하는 강력한 정전기(559 V)를 이용하여 낮은 압력강하 (△P: 9 pa)에서 고속(v: 2.5-9.5 m/s) 및 고효율[RE(%): 99.7% for PM2.5]로 초고농도 미세먼지 (PM10 and PM2.5: over 10,000 and 3000 mg/m3)를 15분 만에 좋음 수준(PM10 and PM2.5: 24 and 12 mg/m3)의 공기 질로 개선하는데 성공하였다. 

 

 최원산 교수는 “기존 미세먼지 필터의 성능을 평가하는 QF(quality factor)에는 공기의 속도 부분이 포함되지 않아 미세먼지 필터에 대한 제대로 된 평가가 어려웠으나, 연구팀은 공기의 속도를 포함하는 새로운 평가 기준(m-QF: modified QF)을 제안하고 이를 인정받아 향후 미세먼지 필터의 성능을 좀 더 체계적으로 평가할 수 있을 것“이라고 설명했다.
 

 

 이어서 “이를 활용하면 기존의 높은 전력소비를 획기적으로 낮출수 있을 것”이라며, “특히 제거효율은 유지한 채 저 전력으로 빠른 미세먼지 제거가 가능하여 산업적으로도 큰 의미가 있다”고 강조했다.

 

 한편, 한밭대 최원산 교수 연구팀의 이번 연구결과는 영국왕립화학회에서 발행하는 국제학술지인 ‘Journal of Materials Chemistry A’의 3월 최근호에 실렸으며, 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단에서 기초연구사업(일반연구) 지원을 받아 이뤄졌다.