물방울 이용 공기청정기술 개발, 지하철역서 실증

입력 2021-05-04 12:00

초미세먼지, 부유세균, 휘발성 유기화합물 등 3-in-1 제거 성능 검증

▲서울교통공사 장한평역 플랫폼에서 실증 운전 전경이다. (사진제공=한국에너지기술연구원)
▲서울교통공사 장한평역 플랫폼에서 실증 운전 전경이다. (사진제공=한국에너지기술연구원)

물방울을 이용한 공기청정 기술이 개발돼 서울 지하철역에서 실증 연구를 성공리에 마쳤다.

한국에너지기술연구원은 EMS 연구실 최종원 박사 연구진이 물에 고전압을 걸어 초미세먼지, 부유세균 및 휘발성 유기화합물을 동시에 줄일 수 있는 정전 분무 방식의 차세대 공기청정 기술을 개발하고, 서울교통공사 5호선 장한평 역사 내에서 실증을 마쳤다고 4일 밝혔다.

일반적으로 주사기 바늘에 물을 천천히 흐르게 하면 물방울은 표면장력에 의해 방울방울 떨어지게 된다. 하지만 물이 흐르는 바늘에 고전압을 인가해주면 물 분자 사이의 전기적 척력에 의해 바늘 끝에서 높은 하전을 띈 수백만 개 이상의 작은 물 액적들이 서로 밀어내며 분사된다. 이를 정전분무라 하며 실내 공기질을 관리하는 데 있어 다양한 효과를 볼 수 있다.

기존의 물을 이용한 공기청정 기술은 미세먼지와 물이 직접 충돌해야만 미세먼지를 제거할 수 있었던 반면, 정전분무를 이용한 공기청정 기술은 직접 충돌과 정전기적 인력에 의한 간접충돌을 모두 이용할 수 있어 높은 효율로 미세먼지를 포집할 수 있게 된다. 연구진은 이 원리를 이용해 산업용 사이클론 집진기 내부에 정전분무 모듈을 삽입한 정전분무 사이클론으로 보령화력발전소 굴뚝 설비에 적용해 높은 집진 효율을 확인한 바 있다.

또 노즐 주위를 지나는 공기 중에 있는 일부 산소 분자는 전기장을 지나면서 코로나 방전에 의해 오존으로 산화됨과 동시에 물 액적 속에 용해돼 강력한 산화력ㆍ살균력을 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, 아세트알데하이드 등 휘발성 유기화합물들도 이산화탄소와 물로 분해할 수 있다.

(사진제공=한국에너지기술연구원)
(사진제공=한국에너지기술연구원)

지하철 플랫폼 내에서 정전분무 공기청정기의 성능을 알아본 결과 PM2.5에 해당하는 초미세먼지는 최대 98%까지 제거할 수 있었다. 30CMM(㎥/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. 끊임없이 미세먼지가 유입되는 반 밀폐된 구조의 지하철 플랫폼을 고려할 때 수치가 상당히 높다는 평가다. 또한, 정전분무 시 생성되는 과산화수소수 및 오존수에 의해 총 부유세균은 99.9% 이상, 총 휘발성 유기화합물은 96% 이상 줄이는 것을 확인했다.

전기를 이용한 공기청정기의 경우 가스상으로 배출되는 오존에 관해 엄격하게 규제를 하고 있다. 정전분무 공기청정기 출구에서 배출되는 공기 내 오존 농도를 정밀하게 측정해본 결과 법적 규제치인 0.05ppm에 훨씬 못 미치는 0.015ppm으로 측정됐다.

연구진이 개발한 기술은 필터를 사용하지 않아 기존 여과식 공기청정기가 지닌 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.

연구 책임자인 최종원 책임연구원은 “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”이라며 “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 것으로 판단한다”고 말했다.

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