▲ 전도성 부직포 필터소재 제조과정 및 제조된 알루미늄 전도성 부직포 필터.

국내 연구진이 미세먼지 및 바이오 유해물질을 동시에 높은 효율로 제거할 수 있는 알루미늄 전도성 섬유 필터를 개발했다.

재료연구소(소장 김해두)는 이혜문, 최동윤 분말/세라믹연구본부 박사 연구팀은 일반 부직포 필터에 알루미늄 나노구조체를 코팅할 수 있는 기술을 개발해 미세먼지와 바이오 유해물질을 동시에 높은 효율로 제거할 수 있는 전도성 섬유 필터소재를 제조하는데 성공했다고 22일 밝혔다.

개발된 전도성 섬유 필터소재는 현재 시판 중인 미세먼지 제거용 헤파(HEPA) 필터 대비 에너지 및 미세먼지 제거효율이 10배 이상 뛰어나고 바이오 유해물질에 대해서도 약 99%의 항균 특성을 가진다.

기존의 필터시스템들은 미세먼지 제거 효율은 좋지만 압력손실이 높아 전력소모량이 크고 이로 인한 소음, 진동 문제가 단점이었다. 이러한 이유로 높은 미세먼지 제거효율과 낮은 압력손실까지 구현한 새로운 필터소재 개발이 요구되어 왔다.

이에 연구팀은 알루미늄 잉크 소재 및 코팅 공정기술을 환경 필터소재에 적용했다. 이를 통해 폴리머 부직포 필터 소재 표면에 알루미늄 나노구조체를 고르게 코팅함으로써 전기전도성이 매우 뛰어난 부직포 섬유 필터 소재를 만드는 데 성공했다.

개발된 알루미늄 전도성 섬유 필터는 인위적인 고전압 인가를 통해 필터의 주변 영역에 강한 전기장을 형성시킬 수 있다. 이는 여과집진 방식의 주요 메커니즘인 필터섬유에 대한 입자의 충돌, 간섭, 확산 외에도 미세먼지와 필터 사이의 전기적 인력을 극대화할 수 있어 현재 사용되는 헤파 필터와 비교해 동등한 수준 이상의 미세먼지 제거 효율 구현을 가능하게 했다.

또한 본 전도성 섬유 필터는 기공의 크기가 매우 큰 일반 부직포 필터로 구성되어 있어 공기정화 시 발생되는 압력손실이 기존 헤파 필터 대비 10분의 1 수준으로 송풍기 운전에 필요한 에너지소모량, 운전시 발생하는 소음, 진동 문제도 동시에 해결했다.

뿐만 아니라 전도성 섬유 필터에 코팅된 알루미늄 나노구조체의 표면에는 약 3~10나노미터 두께의 얇은 산화 보호막이 존재해 미세먼지 제거에 사용된 필터를 물이나 알코올 등으로 세척 및 건조함으로써 여러 번 재사용이 가능하다.

또한 인체 위해성이 확인 보고된 바가 없는 알루미늄 사용으로 기존 무전해 도금기술로 만들어진 전도성 필터 소재와는 달리 공기청정기 및 정수기 등 환경정화용 필터소재로의 활용성이 매우 높을 것으로 기대된다.

연구팀은 알루미늄 잉크 소재 및 코팅 기술을 바탕으로 창업한 스타트업 기업 ㈜알링크를 통해, 알루미늄 나노구조체가 코팅된 전도성 섬유 필터 소재를 미세먼지 제거용 공기청정기 및 자동차용 에어필터 소재로 상품화하기 위한 시작품 제작 및 마케팅을 진행 중에 있다.

연구책임자인 재료연구소 이혜문 책임연구원은 “본 기술이 상용화되면 최근 우리나라를 비롯해 동아시아 주요 국가의 골칫거리인 미세먼지 문제로부터 국민들의 건강을 효과적으로 지킬 수 있도록, 가정 및 자동차용 공기청정기는 물론 클린룸과 같은 산업용 공기청정시스템의 핵심 필터소재로 활용이 가능하다”고 말했다.

또한 그는 “효율적이고 체계적인 마케팅 지원이 뒷받침될 경우, 1조원 이상의 세계 미세먼지 필터 시장을 확보할 수 있을 것으로 예상된다”고 말했다.

한편 해당 기술은 5월 유명 기능소재 관련 학술저널인 미국 화학회 에이씨에스 어플라이드 머테리얼즈 앤 인터페이스(ACS Applied Materials & Interfaces) 온라인판에 게재되었으며, 국내외 특허 출원을 진행하고 있다.