환기 시스템 전문 기업 크린테크㈜에 기술 이전 완료 및 2022년 제품 출시 예정
국내 연구진이 공기질 개선은 물론 바이러스까지 제거할 수 있는 기술을 개발해 기업에 이전하고 사업화를 앞두고 있다.
한국에너지기술연구원(원장 김종남) 에너지ICT융합연구단은 광열효과 기반 헤파필터를 개발했다. 연구팀은 최초로 광열효과 기반 필터를 이용해 포집된 코로나와 같은 바이러스, 세균을 99.9% 사멸시키고, 포집된 필터에서 발생 가능한 바이러스의 2차 증식을 원천적으로 막을 수 있다고 밝혔다.
광열효과(Photothermal effect)는 물질에 빛에너지를 조사하면 물질의 특성에 따라 그 에너지를 흡수하여 열에너지로 변환되는 효과로 약물전달, 세포사멸, 센서, 태양전지 등 다양한 분야에서 활용 가능한 기술이다.
실내외에서 유입, 발생하는 미세먼지, 바이러스 등 각종 유해물질들로 인해 이 모든 것을 해결할 수 있는 공기청정기 및 열회수환기장치에 대한 수요가 높아지고 있다.
하지만 공기정화 시스템에 설치된 헤파필터는 오염물질이 쌓이면서 곰팡이, 세균, 바이러스가 서식할 수 있는 유리한 환경을 만들어 다시금 실내로 확산돼 2차 오염을 유발할 수 있다.
2차 오염을 막기 위해 바이러스, 박테리아를 제거하는 자외선(UV)을 이용하고 있지만 이를 헤파필터에 직접 조사할 경우 필터의 부식이 발생해 수명이 급감한다. 또한 환기 장치 내부 부품의 부식도 유발해 공기의 흐름이 있는 부분에만 자외선을 조사하고 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해 연구팀은 기존 열회수환기장치에 적용 가능한 광열효과 살균기술로 코로나19와 같은 바이러스를 99% 이상 사멸시킬 수 있는 기술을 개발했다.
이 기술은 상용 헤파필터에 금속 나노 입자 또는 탄소 나노 튜브와 같이 광열 효과를 일으키는 물질을 코팅해 광열 헤파 필터를 제작한다. 여기에 인체에 무해한 가시광선 대역의 LED를 조사해 약 10~15초 안에 60도 이상까지 발열시키면 바이러스 및 박테리아 세포가 사멸한다.
연구팀은 필터 전반에 걸쳐 광열효과를 발휘하기 위한 LED 기반 면 발광 시스템 설계를 적용해 필터 전반에 균일도 95% 이상 수준으로 가시광을 조사하도록 했다.
이로 인해 부가적으로 기존 열회수환기장치의 문제점인 필터 표면의 습기제거와 면 발광 시스템의 열에너지를 이용해 결로방지 효과까지 기대할 수 있다.
연구팀이 개발한 광열 헤파 필터를 이용해 필터에 포집된 H1N1pdm09 인플루엔자(2009년 전 세계에 유행한 신종 인플루엔자 바이러스)와 코로나19 바이러스 제거 실험을 한 결과 약 10~15분 정도 가시광을 조사할 경우 각 99.9%, 99% 이상 사멸됐다. 특히, 코로나19 바이러스는 발열 온도를 70도 이상으로 높이면 99.9% 이상 사멸된다.
이 기술은 시스템을 모듈 형태로 제작해 신규 장비뿐만 아니라 기존 설치 장비의 성능도 쉽게 개선할 수 있어 적용성이 매우 뛰어난 장점이 있는데 이미 환기 시스템 전문 업체인 크린테크㈜에 기술 이전 돼 상용화를 준비 중이다.
현재 크린테크㈜는 광열 필터 제작을 위한 설비 구축을 진행 중이며, 기술 인증 및 시험 평가를 거쳐 2022년 제품 출시를 앞두고 있다.
연구책임자인 류승환 선임연구원은 “실내 공기질 향상을 위해 최근 고성능의 헤파필터를 이용한 환기장치로 코로나19를 비롯한 실내 부유 오염원을 99.9% 이상 필터에 포집 할 수 있다”며, “광열헤파필터 기술을 적용하면 필터에 포집된 바이러스를 99.9%까지 제거 가능하며 필터에서 박테리아 및 바이러스가 증식하지 않아 2차 오염까지 방지할 수 있다”고 말했다.
크린테크㈜ 김종원 대표는 “한국에너지기술연구원의 광열살균필터로 유해성 없는 안전한 살균기술을 통해 주거공간, 교육기관, 사무실, 사업시설 등 일상 공간의 안전성을 확보했다”며 “위드 코로나 시대를 맞이해 팬데믹의 불안감을 극복하고 일상으로의 회복에 크게 기여할 것”이라고 말했다.
이번 연구성과는 국제 저명 학술지 ‘Scientific Reports’ 2월호에 게재됐다.
