성균관대 김상우 교수팀 "무전력 바람 활용 미세먼지 제거 기술 개발"





전기 없이 주변의 바람 등을 활용해 실내는 물론 실외 미세먼지를 제거할 수 있는 기술을 국내 연구진이 개발했다.

성균관대학교(총장 신동렬)는 신소재공학부 김상우 교수 연구팀이 3D 프린팅 기술을 이용해 실생활 속에서 마찰 정전기를 활용한 '무전원·무압력손실 미세먼지 포집 시스템'을 국내 최초로 개발했다고 7일 밝혔다.

미세먼지를 제거하는 기존 기계식 필터는 과도한 압력손실이 발생되고 재사용이 불가해 폐기물로 버려져야 한다는 단점이 있다. 전기식 필터의 경우 많은 공간과 큰 전력이 필요하고 인체에 유해한 오존이 다량 발생하는 등 한계가 있었다.

특히 실외의 미세먼지를 효과적으로 제거할 수 있는 기술은 거의 전무한 실정이다.

김 교수 연구팀은 3D 프린팅 기술로 표면적이 극대화된 고분자 물질 융모구조(villus structure)를 구현, 바람을 활용해 다수의 마이크로미터 크기의 고분자 볼(ball)과 융모 구조 간 마찰정전기를 발생시켰다.

발생된 마찰정전기를 이용해 압력손실 없이 건물 내 미세먼지 제거가 가능할 뿐만 아니라, 실외에서도 바람을 이용해 전원 공급없이 미세먼지를 손쉽게 포집 가능함을 확인했다.

이는 기계식 필터 기반 조밀한 면에서의 물리적 입자 포집 및 전기식필터 기반 고전압을 사용한 대기방전에 의한 포집과는 다르게 압력손실이 거의 발생하지 않는다.

연구팀이 개발한 마찰정전기를 이용한 미세먼지 필터는 나노미터 수준부터 마이크로 단위의 미세먼지 제거가 가능하고 압력손실이 거의 발생하지 않기 때문에 순환시스템의 에너지 효율을 극대화할 수 있다.

또 세척해 재사용이 가능해 폐기물이 발생하지 않고, 오존을 발생시키지 않으므로 안전하게 사용할 수 있는 등 다양한 장점을 갖는다.

김 교수는 "이번 연구는 마찰정전기를 활용한 자가발전의 미세먼지 제거 기술로 기존의 필터가 가진 소재적, 구조적 한계를 극복한 스마트 필터이다"며 "향후 무전원의 미세먼지 젝거 기술로 에너지 저감형 공조시스템, 전기자동차의 무전원 에어필터, 일반 가정의 환기시스템, 숨쉬기 쉬운 마스크 등에 적용할 수 있으며 특히 실외 미세먼지를 제거하는 기술로도 사용될 수 있을 것으로 기대한다"고 말했다.

이번 연구는 미래창조과학부·한국연구재단 기초연구지원사업 중견연구자지원사업(도약)과 한국화학연구원 주요사업(3D Device Printing기반 HMI용 One-patch 소자 개발)의 지원으로 수행됐다. 연구 결과는 국제학술지 나노에너지(Nano Energy) 7월 4일 온라인에 게재됐다.