플라즈마기술

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[KIMS TECH] 감염제어 플랫폼

코로나19 대유행을 거치며 우리는 공기를 통한 질병 전파의 위험성을 일상 속에서 실감하게 되었습니다. 공기 중에는 바이러스, 세균, 곰팡이와 같이 눈에 보이지 않는 미세한 생물성 입자인 바이오에어로졸이 항상 떠다니고 있습니다. 특히 수십에서 수백 나노미터 크기의 미세한 입자들은 바닥에 가라앉지 않고 실내 공간을 오랫동안 부유하며 집단 감염을 일으키는 주범이 됩니다. 이러한 환경은 어린이집이나 요양원처럼 면역력이 취약한 계층이 밀집해 있는 장소에서 더욱 심각한 건강 위협으로 다가오며, 이제는 이를 체계적으로 관리해야 할 시점입니다. 한국재료연구원은 이러한 문제를 해결하기 위해 데이터 기반의 디지털 감염제어 플랫폼을 새롭게 개발했습니다. 이 플랫폼의 첫 번째 핵심 축은 딥러닝을 활용한 바이오에어로졸 농도 예측 기술입니다. 실내의 온도와 습도, 가스 농도, 그리고 재실자 수와 같은 복합적인 변수를 실시간으로 분석하여 고가의 정밀 측정 장비 없이도 바이오에어로졸 농도를 정확하게 파악해 냅니다. 이를 통해 공기청정기와 같은 포집 장치를 가장 효율적으로 가동할 수 있는 최적의 시나리오를 도출하며, IoT 기술을 접목해 원격으로 실내공기질을 감시하고 제어할 수 있는 기반을 마련했습니다. 플랫폼의 성능을 뒷받침하는 또 다른 핵심은 고효율 비활성화 필터 부품 기술입니다. 기존 필터들의 불완전한 항균 성능을 보완하기 위해 플라즈마 기술과 이온빔 응용 이중 접합 기술을 활용한 나노구리 코팅 필터가 적용되었습니다. 플라즈마 필터는 특유의 오존 발생 문제를 촉매 기술로 해결했으며, 나노구리 박막 코팅은 독성 물질의 방출을 최소화하면서도 강력한 항바이러스 성능을 제공합니다. 이러한 기술들은 코로나19 바이러스 비활성화 평가와 오존 저감 인증을 모두 통과하여 실제 현장에서의 안전성과 효용성을 완벽하게 입증받았습니다. 방역 공조 컨설팅 기술은 디지털 트윈을 활용해 보이지 않는 공기의 흐름과 정화 과정을 시각적으로 구현합니다. 실내 구조와 공기청정기의 배치를 가상 공간에서 시뮬레이션함으로써 바이오에어로졸이 제거되는 경로를 분석하고 가장 적합한 설치 위치를 제안합니다. 실제 대형 병원과 요양원 등에서 실시한 실증 결과, 바이오에어로졸 농도를 기존 대비 최대 90%까지 낮추는 탁월한 효과를 확인했습니다. 이는 기존의 단순 환기 방식보다 에너지 효율적이면서도 강력한 방역 효과를 제공하는 미래형 솔루션으로, 다양한 다중이용시설에 즉각 도입이 가능한 수준입니다. 포스트 코로나 시대에 접어들며 실내공기질 관리에 대한 사회적 요구는 갈수록 높아지고 있으며 관련 시장 또한 급격히 성장하고 있습니다. 우리 정부도 환기 시스템 설치를 장려하고 있으며, 병원 진료실부터 산후조리원까지 감염에 취약한 시설들을 중심으로 정밀한 방역 솔루션의 도입이 시급한 상황입니다. 한국재료연구원이 확보한 다수의 특허와 실증 데이터는 의료 시설 내 2차 감염 방지를 위한 다양한 제품 설계의 밑거름이 될 것입니다. 이 혁신적인 감염제어 기술이 향후 글로벌 방역 시장의 게임 체인저로서 국민의 안전한 일상을 지키는 든든한 기술적 토대가 되기를 기대합니다.

한국재료연구원

생명과학
융합
공학·기술

[폐유기물 기초원료화 사업단] 플라즈마 활용 폐유기물 고부가가치 기초원료화 사업단 기술 소개

현대 사회에서 폐유기물은 급격히 증가하고 있지만, 정작 분류된 재활용 반입량 중 극히 일부만이 실제 재활용 공정에 투입되고 있는 실정입니다. 기존의 처리 방식은 처리 과정에서 막대한 온실가스를 배출하여 지구 온난화와 이상 기후 문제를 심각하게 만들 뿐만 아니라, 폐유기물로부터 고부가가치 기초 원료를 추출하는 효율도 매우 낮아 자원 활용도가 현저히 떨어집니다. 이러한 문제를 해결하기 위해 기존의 복잡하고 비효율적인 공정을 획기적으로 단순화하고 필요한 기초 원료를 성공적으로 추출해낼 수 있다면, 환경 보호와 자원 자립이라는 두 가지 목표를 동시에 달성할 수 있을 것입니다. 이러한 과제를 해결할 혁신적인 대안으로 주목받는 플라스마 기술은 번개나 오로라 같은 자연 현상에서 관찰되는 상태를 응용한 것입니다. 전처리된 폐유기물을 플라스마로 매우 짧은 시간 동안 처리하면 화학 산업의 가장 중요한 핵심 기초 원료인 에틸렌을 생산할 수 있는데, 이 과정에서 신재생에너지만을 활용하므로 온실가스 배출이 전혀 없는 깨끗한 처리가 가능합니다. 불순물을 제거하고 기초 원료를 유동화하는 초기 단계를 포함한 정교한 3단계 공정은 기존의 물리적 재활용 방식이 가진 한계를 뛰어넘어 고효율의 자원 순환 시스템을 구축하는 토대가 됩니다. 과거의 기술들은 공정이 매우 복잡하여 생산 효율이 낮고 비용이 높았으나, 새로운 플라스마 기반 기술은 공정을 단순화하면서도 원하는 결과물을 매우 높은 순도로 추출하는 강력한 성능을 자랑합니다. 이를 통해 연간 최대 2,250만 톤에 달하는 온실가스 감축 효과를 거둘 수 있을 것으로 기대되며, 기존에 전량 해외 수입에 의존하던 화석 연료 기반 기초 원료를 국내 폐기물 자원으로 대체하여 국가적 에너지 안보에도 크게 기여할 수 있습니다. 버려지는 쓰레기를 가치 있는 자원으로 되돌리는 이 기술은 우리 사회를 보다 깨끗하고 풍요롭게 만드는 혁신의 중심이 될 것입니다.

한국기계연구원

화학
지구환경과학
공학·기술

플라즈마라는 바다 위에서 인생을 항해하는 과학자 【2021 KIMM 최우수연구상 수상자 인터뷰】

연구의 진정한 가치는 단순히 개인의 지적 호기심을 충족하는 데 머물지 않고, 그것이 사회에 기여할 수 있는 실질적인 결과물로 이어질 때 비로소 빛을 발합니다. 훌륭한 연구자는 혁신적인 미래 기술을 꿈꾸는 동시에, 그 기술이 실제 산업 현장에서 구현될 수 있는 구체적인 가능성을 면밀히 검토해야 합니다. 또한, 탁월한 연구 성과는 뛰어난 개인 한 명의 힘이 아니라, 팀원들이 각자의 역량을 마음껏 펼칠 수 있는 건강한 조직 문화에서 비롯됩니다. 동료들과 함께 성장하며 즐겁게 몰입할 수 있는 환경이야말로 연구의 지속성을 확보하는 가장 강력한 동력이 됩니다. 플라즈마 기술을 환경 보호 분야에 접목하는 여정은 앞서 길을 닦아온 선배 연구자들의 지혜와 경험을 배우는 것에서 시작되었습니다. 연구실 안에서 구상했던 이론들이 실제 발전소나 대규모 산업 시설에 적용되어 미세먼지를 유발하는 오염 물질들을 획기적으로 저감하는 과정을 직접 목격하는 것은 연구자로서 큰 보람을 느끼게 합니다. 질소산화물과 온실가스 저감 등 인류가 직면한 기후 위기를 해결하기 위해 플라즈마가 가진 고유한 물리적 특성을 최적화하고 이를 현장에 안착시키는 과정은 단순한 기술적 성취를 넘어선 중요한 사회적 가치를 지닙니다. 이제 연구의 방향은 탄소중립이라는 거대한 시대적 흐름을 향해 나아가고 있습니다. 이산화탄소를 유용한 기초 원료로 전환하거나 폐플라스틱에서 새로운 자원을 추출하는 기술, 그리고 그린 수소와 그린 암모니아 생산과 같은 차세대 에너지 기술 개발에 모든 역량을 결집하고 있습니다. 특히 반도체와 디스플레이 산업 공정에 친환경 요소를 결합하여 제조 공정 자체를 혁신하는 기술 또한 준비 중입니다. 플라즈마라는 광활한 바다 위에서 인생의 항해를 이어가며, 동료들과 함께 거친 풍파를 헤치고 미래 세대를 위한 귀중한 기술적 자산들을 건져 올리는 여정은 앞으로도 계속될 것입니다.

한국기계연구원[KIMM TV]

물리학
지구환경과학
융합
공학·기술

다중시설 실내공기 중 병원체 제거 소재

미세먼지로 인해 실내 환기가 어려워지면서 실내 공기 오염은 우리 건강을 위협하는 심각한 요인이 되고 있습니다. 결핵이나 메르스와 같은 치명적인 질질병들이 실내 공기를 통해 전염될 수 있다는 사실은 대중에게 큰 공포를 안겨줍니다. 2018년 이후 실내공기질 관리법이 시행되고 있지만, 기존의 필터 기술은 세균과 바이러스를 완벽하게 제거하는 데 뚜렷한 한계를 보입니다. 필터에 포집된 세균이 오히려 습기와 먼지를 먹고 증식하며 악취를 유발하거나 새로운 세균 공급원이 되는 부작용이 발생하기 때문입니다. 기존의 대안들도 완벽한 해결책이 되지는 못하고 있습니다. 항균 소재를 입힌 필터는 장기적인 성능 유지가 어렵고, 자외선 살균법은 빛이 도달하는 거리가 짧아 많은 장비가 필요하다는 단점이 있습니다. 살균 효과가 탁월한 플라즈마나 오존 역시 독성 물질인 오존 배출 문제로 인해 실사용에 제약이 따랐습니다. 이러한 근본적인 문제를 해결하기 위해 한국재료연구원은 저온 플라즈마와 다공성 세라믹, 그리고 저온 촉매 소재를 융합한 차세대 필터 기술을 개발하여 다중이용시설의 공기 안전성을 높이고 있습니다. 이 새로운 필터 시스템은 크게 플라즈마 발생부와 오존 제거부라는 두 가지 핵심 구조로 나뉩니다. 플라즈마 발생부에서는 전극과 통기성 절연 세라믹이 교대로 배치되어 강한 전계를 유도하고 표면 플라즈마를 형성합니다. 이때 공기 중의 산소를 이용해 다량의 오존을 발생시키는데, 유입된 병원체는 세라믹 유전체에 포집된 후 이 오존에 의해 철저히 파괴됩니다. 이는 단순히 먼지를 거르는 수준을 넘어 병원체를 근본적으로 박멸하는 메커니즘을 갖추고 있어 기존 필터의 한계를 뛰어넘는 성능을 보여줍니다. 살균 과정에서 발생하는 오존의 독성 문제는 고효율 저온 활성 복합 촉매를 통해 해결했습니다. 오존 제거부는 병원체를 파괴하고 남은 잔류 오존을 인체에 무해한 산소로 전환하여 배출합니다. 특히 이 기술은 초속 2m 이상의 빠른 공기 흐름 속에서도 안정적으로 플라즈마를 생성하며, 99% 이상의 높은 병원체 제거 효율을 유지합니다. 넓은 표면적을 가진 특수 설계된 촉매는 고풍속 환경에서도 오존을 효과적으로 제거하여 사용자의 안전을 보장하며, 실내 공기질 관리의 새로운 기준을 제시하고 있습니다. 본 기술의 또 다른 장점은 뛰어난 경제성과 호환성에 있습니다. 복잡한 특수 설비 없이도 기존 공조 시스템에 바로 설치가 가능하며, 가로세로 10cm 크기의 표준 모듈 단위로 설계되어 시설 규모에 맞게 다양하게 응용할 수 있습니다. 특정 모듈이 고장 나거나 수명이 다했을 때 해당 부분만 교체하면 되므로 유지보수 비용도 매우 저렴합니다. 날로 심각해지는 공기 오염 상황에서 이 기술은 병원이나 지하철 같은 시설의 2차 감염을 예방하고 깨끗하고 안전한 공기를 제공함으로써 국민 건강 증진에 이바지할 것입니다.

한국재료연구원

융합
공학·기술