한밭대, 고효율 '로또머신형 미세먼지 제거기술' 개발

낮은 전력소비로 고성능 유지한 채 고속제거 가능… 산업 파급효과 기대

로또 볼로 사용된 스펀지 볼과 로또 머신형 미세먼지 필터의 모식도./자료제공=한밭대

국립 한밭대학교는 화학생명공학과 최원산 교수 연구팀이 '로또 머신 형태의 고성능·초고속·고에너지효율의 미세먼지 제거 기술'을 개발했다고 4일 밝혔다.

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

하지만 두껍거나 복잡한 구조의 필터를 공기가 통과하기 위해서는 높은 압력강하(△P)가 발생하고 높은 에너지 소비가 불가피하다.

또 고속필터 시 압력강하가 증가하고 제거효율이 감소해 일반적으로 낮은 필터 속도(0.1-0.5m/s)를 유지하게 돼 낮은 압력강하에서 고속 및 고성능으로 미세먼지를 제거하는 기술 개발이 주목 받아 왔다.

이런 상황에서 최 교수 연구팀은 로또 추첨 시 로또 볼이 로또 머신 내에서 활발히 움직이는 모습에 착안, 금속나노입자가 코팅된 3㎜ 크기의 스펀지 볼을 한 단계로 합성하고 이를 유리 챔버 내에 탑재해 미세먼지를 제거하는 기술을 개발했다.

사진 왼쪽부터 최원산 교수(교신저자), 한나라 대학원생(제1저자)./사진제공=한밭대

이 기술은 기존 고정형 필터의 문제점 및 기술적 한계를 극복했다는 평가다.

연구팀은 이 기술을 적용한 결과 스펀지 볼 회전 시 금속나노입자의 극성과 유리챔버 내에 발생하는 강력한 정전기(559 V)를 이용해 낮은 압력강하(△P: 9 pa)에서 고속 및 고효율로 초고농도 미세먼지를 15분 만에 좋음 수준의 공기 질로 개선할 수 있었다.

최원산 교수는 "기존 미세먼지 필터의 성능을 평가하는 QF(quality factor)에는 공기의 속도 부분이 포함되지 않아 미세먼지 필터에 대한 제대로 된 평가가 어려웠다" 며 "하지만 이 기술을 활용하면 기존의 높은 전력소비를 획기적으로 낮추고 제거효율은 유지한 채 저 전력으로 빠른 미세먼지를 제거할 수 있어 산업적으로도 큰 의미가 있다"고 강조했다.

한편, 이번 연구결과는 영국왕립화학회에서 발행하는 국제학술지인 'Journal of Materials Chemistry A'의 3월 최근호에 실렸다.