인체의 순환계와 호흡기는 외부로부터 오염 인자를 막아내고 걸러내는 고도의 공기정화 시스템을 갖추고 있다. 1차로 오염물질의 유입을 막으면서 혈액을 매개체로 해서 세포에 필요한 산소를 공급하고 불필요한 이산화탄소는 외부로 배출한다.
이때 폐포와 모세혈관에서 자연스러운 기체 교환이 이뤄지면서 외부 환경으로부터 미세먼지의 유입을 차단하는 데 이 과정에서 신장을 통해 노폐물이 배출된다.
이같은 사람의 호흡기와 순환계의 특징을 모사함으로써 폐기물이 나오는 수시로 고체필터를 교체하지 않고 물을 이용한 미세 버블을 필터로 활용하는 신개념 친환경 공기정화 시스템 기술이 국내서 개발됐다.
한국연구재단은 서울대 고승환 교수 연구팀이 인체를 모사해 실내의 미세먼지를 제거하고 휘발성 유기화합물을 실외로 배출할 수 있는 순환식 공기 정화 시스템을 최근 개발했다고 18일 밝혔다.
밀폐된 실내 환경의 가장 큰 문제는 산소 감소와 이산화탄소의 축적, 미세먼지, 휘발성 유기화합물 등으로 인한 공기 오염이다. 이에 따라 환기와 공기정화가 필수지만 외부 오염물질 유입의 위험이 있어 고도화된 정화 방법이 요구된다.
그러나 기존애 널리 사용되는 여과식 필터는 미세먼지 축적에 따른 성능 저하와 휘발성 유기 화합물과 같은 분자 단위의 오염물질 제거에 문제가 있어 밀폐된 실내 환경에 적용하기는 적합하지 않다.
특히 주기적으로 청소와 교체가 필요한 필터로 인해 발생되는 폐기물로 환경 오염이 대두되면서 새로운 개념의 친환경적인 공기 정화 기술이 필요한 상황이다.
연구팀은 이에 인체의 호흡기와 순환계의 기체 교환을 모사, 밀폐된 실내의 미세먼지를 제거하는 동시에 축적된 이산화탄소를 배출해 부족한 산소를 공급할 수 있는 종합 공기정화 시스템을 고안했다.
연구팀은 사람 호흡 및 순환계서 영감을 받아 혈액 순환을 모사한 물 순환 시스템을 구현했다. 이를 통해 실내 공기의 이산화탄소 농도까지 정상적으로 유지할 수 있음을 확인했다.
연구팀은 또 레이저 기술을 활용해 개발한 탄성 필터가 기존의 버블 제작 방식보다 작고 균일한 미세 버블을 형성함을 입증했다.
연구팀이 개발한 마이크로 버블 기반 기체 교환 시스템은 간단한 원리와 구조로 이뤄져 있어 장치의 크기 또는 개수를 늘리기만하면 간단히 스케일업이 가능하다. 탁상형 또는 차량용 소형 제품부터 사무실, 회의실 등과 같은 대형 공간까지 적용 가능하다는 것을 실험적으로 증명했다.
고승환 교수는 “여과식 필터 대신에 물을 사용한 간단한 원리로 공기 중에 존재하는 오염 입자부터 분자까지 동시에 정화할 수 있을 뿐만 아니라 필터 폐기물이 없는 친환경 기술로 향후 필터 시스템을 대체할 수 있을 것”이라고 설명했다.
과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 중견연구 사업의 지원으로 수행된 이번 연구성과는 재료 분야 국제 저명 학술지인 ‘어드벤스드머티리얼스(Advanced Materials)’에 지난달 10일 게재됐다.
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