미세먼지 접착력 70배·수명 2배…차세대 에어필터 개발
미세먼지를 강하게 붙잡은 뒤 필터 내부로 스스로 흡수하는 차세대 에어필터 기술이 개발됐다. 접착력은 기존 필터에 비해 70배 이상 높고 수명은 2배 이상이다. 추가 설비 없이 도입 가능해 가정용 공기청정기부터 반도체 클린룸까지 다양한 분야에 활용될 것으로 기대된다.
한국연구재단은 우상혁 중앙대 교수팀과 김채빈 부산대 교수팀이 액체처럼 점탄성이 있어 미세먼지 포집 성능을 높인 새로운 에어필터 소재를 개발했다고 28일 밝혔다. 연구결과는 국제학술지 '어드밴스드 머티리얼즈'에 지난 4월 22일 게재됐다.
기존 에어필터는 분자 간 약한 인력인 '반데르발스 힘'에 의존해 미세먼지를 포집한다. 공기 흐름이 빨라지거나 외부 충격이 가해지면 포집된 먼지가 다시 공기 중으로 흩어지는 '재비산' 문제가 발생한다. 재비산을 막고자 필터 기공을 촘촘하게 설계하면 공기 흐름이 차단돼 압력이 손실되고 전력 소비가 커진다.
연구팀은 고체 형태를 유지하면서도 상온에서 액체처럼 점탄성을 띠는 '동적 이민 결합 접착제' 소재를 개발해 먼지 포집 방식을 바꿨다. 소재 내부의 화학 결합이 미량의 물 분자를 매개로 끊어졌다 다시 이어지기를 반복하며 액체와 비슷한 특성을 갖도록 설계했다.
미세먼지가 소재에 닿는 순간 액체처럼 입자를 감싸 강하게 붙잡는 새로운 방식을 도입한 것이다. 그 결과 접착력이 기존 고체 기판 대비 70배 이상 높아졌다.
특히 포집된 먼지를 소재 내부로 흡수하는 기능이 있어 필터 표면은 항상 깨끗한 접착면을 유지한다. 흡수된 먼지는 내부에서 조밀하게 쌓여 기공을 막지 않아 공기 흐름이 원활하게 유지된다. 이를 통해 필터 수명은 기존 대비 2배 이상 늘었다.
미세먼지 필터링 효율은 10~30% 향상돼 산업표준필터등급이 기존 6등급에서 11등급으로 상향됐다. 초속 20m 강풍 환경에서도 안정적으로 먼지를 제거해 별도 전력 공급 없이 자연풍만으로 공기를 정화하는 무전원 필터로 활용 가능성도 확인했다.
새로운 필터는 추가 설비 없이 기존 시스템에 도입 가능하다. 연구팀은 향후 가정용 공기청정기 외에도 반도체 클린룸과 바이오 실험실·대형 건물 공조시스템 등 다양한 산업 현장에 적용할 수 있을 것으로 기대했다.
우상혁 교수는 "입자를 자를 자발적으로 흡수하는 신기술로 에어필터 시장의 주도권을 확보했다"며 "규모 필터 폐기물을 줄이고 전력 소비를 낮춰 탄소 배출 저감에 기여할 것"이라고 말했다.
<참고 자료>
doi.org/10.1002/adma.202600006
[조가현 기자,문혜원 인턴기자 gahyun@donga.com,moony@donga.com]
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