한국에너지기술연구원이 물방울을 이용한 정전 분무 방식의 공기 청정 기술을 개발해 서울 지하철역에서 성공적으로 실증을 마쳤다.
EMS연구실 최종원 박사 연구팀은 효과적인 공기질 관리를 위해 물에 고전압을 걸어 초미세먼지, 부유세균 및 휘발성 유기화합물을 3-in-1으로 동시에 저감시킬 수 있는 정전 분무 방식의 차세대 공기청정 기술을 개발했다.
정전 분무는 물에 고전압을 가해 액체 속의 이온이 표면으로 이동해 수십 마이크로미터 크기의 미세한 액적(물 덩어리)이 서로 밀어내며 분사 하는 것이다.
물은 5~20㎛ 사이의 작은 크기가 되면 액적 표면이 자발적으로 수소 이온과 수산화 이온으로 나뉘게 된다.
이러한 작은 물 액적들이 바늘과 전극 사이에 형성되는 수 kV/cm의 높은 전기장 환경에 놓이면, 표면의 수산화 이온이 수산화 라디컬로 변한다.
2개의 수산화 라디컬이 결합해 소독약 성분인 과산화수소(H2O2)로 변한다.
노즐 끝에서 액적이 분사되는 모습/한국에너지기술연구원 제공
노즐 주위를 지나는 공기 중에 있는 일부 산소 분자는 전기장을 지나면서 오존으로 산화되면서 물 액적 속에 용해되어 강력한 산화력·살균력을 지닌 오존수가 된다.
이렇게 생성된 과산화수소수와 오존수는 실내 공기 내 떠다니는 세균과 바이러스, 악취도 제거할 수 있다.
연구팀은 별도의 첨가제 없이 물만을 이용한 정전분무 기술로 초미세먼지의 집진, 부유세균의 살균, 휘발성 유기화합물의 산화가 동시에 이루어질 수 있는 공기청정기를 개발했다.
기존의 물을 이용한 공기청정 기술은 미세먼지와 물이 직접 충돌해야만 미세먼지를 제거할 수 있었다.
정전분무를 이용한 공기청정 기술은 직접 충돌과 정전기적 인력에 의한 간접충돌을 모두 이용할 수 있어 높은 효율로 미세먼지를 포집할 수 있다.
지하철 플랫폼은 외부에서 유입된 초미세먼지 외에도 역사로 진입하는 열차의 바퀴 및 철로의 마모를 통해 발생된 초미세 철 입자가 오염의 매우 큰 비중을 차지하고 있다.
연구팀은 지하철 역사만의 특수한 환경을 고려해 미세먼지의 물성 특성에 따른 맞춤형 집진 기술을 적용했다.
정전분무를 이용한 집진 시 철 입자까지도 물로 포집한 후 그 물을 재순환시켜 이용하게 되면 부식에 의한 수질 오염의 우려가 있다.
이를 해결하기 위해 다수의 구리 코일을 공기청정기 입구에 배치해 코일 주변에 유도 자기장을 발생시켜 1차적으로 철 미세입자를 포집했다.
2차적으로 고하전 물 액적에 의해 철 입자를 제외한 미세먼지도 잡아냈다.
지하철역에 설치된 정전 분무 공기 청정 장비/한국에너지기술연구원 제공
최종원 박사는 “지하철, 지하상가 등 반밀폐형 공간의 실내 공기질을 관리하기 위해 집진, 살균, TVOCs 산화 설비를 각각 설치하는 것은 설치비용, 유지보수 비용 및 공간적 제약 등 소비자에게 큰 부담으로 느껴질 수 있다”며 “물을 이용한 3-in-1 정전분무 기술이 대안이 될 수 있다”고 밝혔다.
또 “정전분무 공기청정 기술에 관한 연구와 성능 검증을 확대시켜 지하철, 어린이집, 학교, 병원, 백화점, 군부대, 종교시설 등과 같은 다중 이용시설의 경제적이고 효과적인 공기질 개선에 나설 계획이다”고 말했다.
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