공기청정기는 어떻게 미세먼지를 제거할까 [IT 잡학다식]

추위가 물러가면 항상 찾아오는 불청객이 있습니다. 바로 미세먼지예요. 미세먼지는 눈에 보이지 않지만, 일상에 많은 영향을 미치고 있어요. 건강을 악화시키는 건 물론, 실외 활동을 방해하죠. 미세먼지 농도가 높은 날 외출하면 금세 목이 칼칼하고 눈도 따가워지잖아요. 그래서 공기청정기를 사용하는 분들이 많은데요. 공기청정기는 어떻게 미세먼지를 제거할까요?

머리카락보다 작은 미세먼지

미세먼지는 우리가 생각하는 것보다 훨씬 더 작아요. 사람의 머리카락 두께가 보통 50~70μm(마이크로미터, 100만분의 1m), 작은 모래 알갱이가 90μm 정도 되는데요. 미세먼지 직경은 10μm가 안 됩니다. 머리카락 두께의 5분의 1밖에 되지 않죠. 이보다 작은 초미세먼지와 극초미세먼지는 직경이 각각 2.5μm, 1μm 이하입니다.

공기청정기는 이처럼 작은 미세먼지가 얼마나 떠다니는지 감지할 수 있습니다. 내부에 미세먼지(PM, Particulate Matter) 센서를 탑재하고 있거든요. 흔히 줄여서 PM 센서라고 불리는데요. 가정용 공기청정기는 대부분 이 센서를 탑재하고 있어요. 제품 측면이나 후면을 보면 PM 센서라고 적힌 부위가 있을 거예요.

PM 센서는 빛의 반사를 이용한 ‘광산란법’으로 실내 미세먼지 농도를 계산해요. 센서에서 공기청정기 내부에 들어온 공기에 LED, 레이저 같은 광원을 쏘면, 미세먼지에 부딪혀 사방으로 반사되겠죠? 센서는 이 산란된 빛을 다시 받아들여 미세먼지 농도를 측정해요. 미세먼지가 많을수록 더 많은 빛이 반사될 테고, 그러면 미세먼지 농도가 높다고 추정하는 거죠.

참고로 가정용 공기청정기에 탑재되는 PM 센서는 등급에 따라 크게 세 가지로 구분됩니다. PM 1.0 센서는 1µm 이하 극초미세먼지를 감지할 수 있어요. PM 2.5 센서는 직경 2.5µm 수준 초미세먼지를, PM 10 센서는 10µm 이하 미세먼지를 인식합니다. PM이라는 명칭 뒤에 붙은 숫자가 감지 가능한 미세먼지 크기를 나타낸다고 보면 됩니다.

작은 미세먼지를 어떻게 걸러낼까?

공기청정기는 맨눈으로는 확인하기 어려운 미세먼지를 어떻게 제거하는 걸까요. 생각보다 간단합니다. 대중적으로 쓰이는 가정용 공기청정기는 팬(fan)으로 주변 공기를 내부로 흡입한 다음, 여러 개의 필터로 미세먼지를 걸러냅니다. 그다음 깨끗해진 공기를 밖으로 배출하는 거죠. 이때 사용되는 필터는 크게 △프리필터 △집진필터 △탈취필터 세 가지입니다.

공기청정기 필터를 보면 겉에 모기장처럼 생긴 얇은 막이 있는데요. 이게 프리필터(극세필터)입니다. 프리필터는 구멍 간격이 넓은 편인데요. 커다란 먼지나 털, 머리카락을 1차로 걸러내는 역할을 해요. 미세먼지를 직접 제거하는 필터는 아니에요. 프리필터는 보통 재사용 가능하도록 세척 할 수 있는 소재로 만들어집니다.

프리필터를 통과한 공기는 집진필터로 향합니다. 집진필터는 미세먼지를 직접 걸러내는 공기청정기의 핵심 부품입니다. 헤파필터라는 용어를 자주 들어봤을 텐데, 집진필터가 곧 헤파필터에요. 헤파필터는 폴리프로필렌(PP)이라는 원료를 실처럼 뽑아 압축하는 형태로 만드는데요. 그 덕에 불규칙한 섬유층이 복잡하게 얽혀있어 미세먼지를 잘 제거할 수 있어요.

또 헤파필터를 자세히 보면 구불구불하게 접혀 있는데요. 이렇게 만들면 단위 면적이 넓어져, 미세먼지를 효과적으로 제거할 수 있어요. 헤파필터가 물리적인 방법으로만 미세먼지를 제거하는 건 아닙니다. 헤파필터는 제조 과정에서 플러스(+), 마이너스(-) 극을 띄도록 만들어져요. 이를 통해 반대 극성을 지닌 미세먼지를 흡착합니다. 정전기를 이용하는 거죠.

헤파필터는 크게 △세미헤파 △헤파 △울파 등급으로 나뉩니다. 세미헤파는 E10~E12 필터로 구분됩니다. E10 필터는 1µm 미세먼지를 최대 85%까지 거릅니다. E11과 E12 필터는 0.5µm 먼지를 95% 제거하죠. 가정용으로 가장 많이 사용되는 헤파 등급 H13, H14는 0.3µm 먼지를 99.95%, 99.995% 걸러요. 울파 등급은 가정용 공기청정기에 쓰이지 않아요.

탈취필터는 미세먼지 제거용이 아니에요. 냄새와 유해가스를 거르는 필터입니다. 탈취필터는 활성탄 즉 숯과 같은 소재로 만드는데요. 소재 특성상 겉에 무수히 많은 작은 구멍이 뚫려있어요. 탈취필터는 이 구멍에 냄새(가스) 입자를 흡착해서 걸러냅니다.

다른 방식도 있던데

한국공기청정협회에 따르면 공기청정기는 작동 방식에 따라 △기계식 △전기식 △복합식 이렇게 세 가지 방식으로 나뉘어요.

전기집진 방식 공기청정기 원리. 방전극에서 미세먼지를 이온화해 극성(+, -)으로 만든 다음, 집진전극에서 포집한다. / 출처: 한국공기청정협회

기계식은 집진필터를 이용해 공기중의 미세먼지를 걸러내는 방식이에요. 가정용 공기청정기 대부분이 기계식이죠. 전기식은 전기 성질로 미세먼지를 걸러냅니다. 미세먼지가 +, - 둘 중 한 가지 성질만 갖도록 만든 다음, 기기 내부에 있는 반대 극성(+, -) 전극에 달라붙도록 해서 포집합니다. 주로 공업용 대형 공기청정기가 이 방식을 주로 사용해요. 잘 관리하면 반영구적으로 사용할 수 있거든요. 복합식은 기계식과 복합식 방법을 혼용한 공기청정기에요.

기계식, 전기식, 복합식은 더 세분화해서 구분할 수 있는데요. 기계식은 집진필터식(헤파필터), 흡착필터식(탈취필터)로 나뉩니다. 전기식은 전기집진식, 음이온 방식으로 구분되고요. 이외 물필터(습식) 방식, UV광촉매식, 플라즈마식 등 여러 공기청정 방식이 있어요. 기계식과 전기식을 제외하면 자주 사용되진 않습니다.

테크플러스 윤정환 기자 (tech-plus@naver.com)