■ 연구성과

기계항공공학부 고승환 교수팀: (좌로 부터) 고승환 교수, 조현민 박사과정, 정성민 석사

필터식, 집진식 혼합한 차세대 친환경 필터

보기만 해도 숨 막히는 뿌연 미세먼지를 효과적으로 걸러낼 고효율 미세먼지 필터가 국내 연구진에 의해 개발됐다. 공대(학장 이건우)는 기계항공공학부 고승환 교수가 지도하는 응용나노 및 열공학 연구실(조현민 박사과정, 정성민 석사)이 금속 나노와이어 네트워크를 이용, 투명하며 재사용 가능한 고효율 미세먼지 필터를 제작했다고 밝혔다.

현재 상용화된 공기청정 방식은 HEPA 필터와 같이 미세섬유 구조를 적용해 먼지를 걸러내는 필터식과 전기방전을 이용해 입자를 대전시켜 반대 극성을 가진 집진판에 먼지를 모으는 집진식 방식으로 나뉜다.

기존의 필터식 공기청정의 경우 다중 필터를 사용하기 때문에 공기의 자연스러운 흐름을 방해하고 필터의 공극 크기보다 작은 입자는 걸러내기 어렵다는 단점이 있었다. 뿐만 아니라 공기청정 효율을 높이기 위해서는 주기적으로 새로운 필터로 교체해야 했다.

집진식 공기청정의 경우 전기방전 과정에서 신체에 해로운 오존이나 질소산화물을 발생시키며 많은 전기에너지를 소모한다는 단점이 있었다.

고승환 교수는 “기존 방식보다 더 효과적으로 먼지를 걸러주기 위해 필터식과 집진식의 장점을 복합하는 시도를 했다”며, “그 결과 공극 크기 이하의 입자를 걸러주고 좀 더 친환경적으로 사용 가능한 필터를 제작하는 데 성공한 것”이라고 설명했다.

미세먼지 필터 개념도

연구팀은 이를 위해 투명전극에 주로 쓰이던 나노와이어를 기존 필터 구조에 적용했다. 1차 섬유망에 은나노 와이어를 적용해 2차 금속나노와이어 네트워크를 형성했다. 이후 2차 금속나노와이어 네트워크에 전압을 가해줄 시에 와이어 표면에 미세한 전기장이 형성되며 공극 크기보다 작은 미세먼지 입자도 전기 인력으로 효율적으로 집진할 수 있다.

또한 한 장의 필터로도 효율적으로 미세먼지를 포집할 수 있으며, 용매를 이용해 필터를 세척해 재사용할 수 있어 더욱 편리하고 경제적이며 환경친화적인 점이 강점이다. 게다가 투명한 형상을 띠고 있어 일상 생활 속 다양한 분야에 활용될 가능성이 높다.

고승환 교수는 “이번 연구에서 개발된 필터를 이용하면 초미세 먼지도 효과적으로 거를 수 있다”며, “전 국민의 건강을 보전할 수 있도록 환경친화적인 고효율 필터 상용화에 앞장설 것”이라고 밝혔다.

연구 결과는 세계적으로 주목받아 ‘나노 레터스’(Nano letters)에 6월13일 온라인에 실렸다(High Efficiency, Transparent, Reusable, and Active PM2.5 Filters by Hierarchical Ag Nanowire Percolation Network).

이번 연구는 한국연구재단과 중견연구자 지원사업 및 서울시 산하 빅데이터 연구소의 서울 도시 데이터 사이언스 연구소 프로젝트의 지원을 받았다.

[문의사항]
서울대학교 기계항공공학부 응용나노 및 열공학 연구실 조현민 / augustinus310@snu.ac.kr
서울대학교 기계항공공학부 응용나노 및 열공학 연구실 한성근 / insecter@snu.ac.kr
서울대학교 공과대학 대외협력실 이동하 팀장 / 02-880-9148 / 010-8249-2174 / lee496@snu.ac.kr