▲ 한국생산기술연구원이 개발한 통합형 스마트 공기정화 시스템 `HAPs-Solver`

한국생산기술연구원(원장 이상목, 이하 생기원)이 각종 유해물질을 빠르게 검출하고 제거할 수 있는 공기정화 시스템을 개발해 면역 취약계층 이용시설에 활용이 가능할 전망이다.

생기원은 섬유솔루션부문 도성준 수석연구원 연구팀이 유해가스와 초미세먼지를 제거하고, 공기 중 병원체까지 실시간으로 탐지할 수 있는 ‘HAPs-Solver (Hazardous Air Pollutants Solution)를 개발했다고 20일 밝혔다.

유해가스, 미세먼지, 병원체는 입자 크기와 화학적 특성, 공기 중 체류 방식이 달라 각기 다른 기술과 장치가 필요한데, 이번 기술 개발로 하나의 통합 제품 구현이 가능해졌다.

연구팀은 공기 중 병원체를 효과적으로 포집하기 위해 자체 설계·제작한 ‘고성능 사이클론 기반 포집기’를 상단에 적용했다.

포집기는 자가 회전하는 원뿔형(Cone) 구조로, 강한 원심력을 만들어 공기 중 미세입자를 외벽으로 밀어내 액상 형태로 모으는 역할을 한다. 수집된 액상물질은 별도 전처리 없이 ‘금 나노구조체 표면증강라만분광(SERS) 면역분석’ 기술을 활용, 항원·항체 결합에서 발생하는 라만 신호를 정밀 측정해 데이터로 변환할 수 있다.

변환된 데이터는 연구팀이 고안한 디지털 카운팅 기법과 데이터 분석 방법을 통해 극미량의 병원체까지 검출 가능하며, 포집부터 분석까지 150분 이내에 마칠 수 있다.

하단에는 유해가스를 제거할 수 있는 필터를 적용했다. 개발된 유해가스 제거 필터는 금속-유기 복합체(MOF) 기반의 섬유 필터로 암모니아, 포름알데하이드, 황화수소를 99.9%까지 흡착할 수 있다.

초미세먼지 차단을 위해서는 자체 개발한 ePTFE 멤브레인 복합 필터를 적용했다. ePTFE(Expanded Polytetrafluoroethylene) 멤브레인은 미세 기공 구조를 가진 초미세 여과막으로, 연구팀은 여기에 멜트블로운 부직포를 결합해 다중 구조의 복합 필터를 구현하는 데 성공했다.

개발된 필터는 초미세먼지를 99.9% 이상 차단하면서도 내구성과 공기 투과성이 높아 장시간 사용에도 여과 성능을 유지할 수 있다.

총괄 연구책임자인 도성준 수석연구원은 “다양한 공기 부유 유해물질을 단일 시스템에서 관리할 수 있는 통합 솔루션”이라며, “향후 실증을 거쳐 요양시설, 어린이집과 같은 다중이용시설 적용을 추진할 계획”이라고 밝혔다.

한편, 이번 성과는 생기원 대표과제를 통해 창출돼 8월 20일 개막하는 ‘프리뷰 인 서울 2025’에 전시된다.