공기청정기술

[KIER] HEPA Filter Based on Photothermal Effect

최근 산업화와 도시화의 진전으로 미세먼지에 대한 우려가 커진 가운데, 코로나19 팬데믹은 실내 공기질 관리의 중요성을 전 세계에 각인시켰습니다. 외부 활동이 줄고 실내 체류 시간이 길어지면서 공기를 통한 바이러스 감염 사례가 급증했고, 이에 따라 효과적인 실내 환기와 공기청정 기술에 대한 사회적 요구가 그 어느 때보다 높아진 상황입니다. 미국 냉동공조학회 등 전문 기관들은 주기적인 환기와 더불어 기계적 환기 장치를 통한 깨끗한 외부 공기 도입을 권고하고 있습니다. 이러한 흐름 속에서 공기 중의 바이러스와 미세먼지를 안전하게 제거하는 기술은 건강한 일상을 유지하기 위한 필수적인 방어선이 되었습니다. 현재 실내 공기 정화의 핵심 역할을 담당하는 것은 헤파 필터가 장착된 환기 장치나 공기청정기입니다. 바이러스 역시 미세먼지와 같은 입자 형태이기에 헤파 필터로 포집이 가능하며, 이는 의료 시설이 아닌 일반 공간에서도 바이오 에어로졸을 제거하는 데 효과적인 방법으로 권장됩니다. 하지만 필터에 포집된 오염물질이 습기나 온도 차이로 인해 결로 현상을 일으키면, 필터 자체가 세균과 곰팡이, 바이러스가 증식하는 2차 오염의 온상이 될 위험이 있습니다. 단순히 오염원을 걸러내는 것에서 나아가 필터에 포집된 미생물을 완전히 사멸시키는 기술적 보완이 필요한 이유가 바로 여기에 있습니다. 바이러스의 감염 과정을 살펴보면, 표면의 특정 단백질이 숙주 세포와 결합하며 침투가 시작됩니다. 만약 열을 가해 이 단백질의 구조를 변형시키거나 기능을 상실하게 만든다면 감염 자체를 원천적으로 차단할 수 있습니다. 바이러스를 열로 파괴하여 감염성을 잃게 만드는 원리는 매우 효과적이지만, 기존의 UV-C 방식은 필터 내부까지 빛이 침투하기 어렵고 장비의 부식을 초래한다는 단점이 있었습니다. 이에 연구진은 필터를 손상시키지 않으면서도 인체에 무해한 가시광선을 활용해 열을 발생시키는 혁신적인 대안에 주목하게 되었습니다. 연구팀이 개발한 광열 헤파 필터는 빛을 흡수해 열에너지로 변환하는 광열 효과를 기본 원리로 합니다. 가시광선을 조사하면 필터에 코팅된 광열 물질의 자유 전자들이 진동하며 열을 발생시키는데, 이를 통해 필터에 포집된 바이러스를 효과적으로 사멸시킵니다. 특히 면발광 광학 시스템 설계를 도입하여 필터 전면에 빛을 고르게 분사함으로써, 10초 이내에 온도를 60도까지 균일하게 올릴 수 있는 성능을 확보했습니다. 이러한 급속 가열 방식은 바이오 에어로졸의 특성에 맞춰 온도를 조절할 수 있을 뿐만 아니라, 필터에 자주 발생하는 결로 현상을 방지하여 2차 오염의 가능성을 낮춰줍니다. 실제 실험 결과, 광열 헤파 필터는 10분간의 광열 효과만으로 인플루엔자 바이러스를 99.9% 사멸시키는 탁월한 성능을 입증했습니다. 이 기술은 기존 필터 제작 공정에 코팅을 추가하거나 전기방사 방식으로 광열 물질을 직접 포함할 수 있어 경제성과 대량 생산 가능성까지 갖추고 있습니다. 현재 시제품 평가를 마치고 상용화를 앞둔 이 기술은 UV나 플라즈마 등 기존 공기정화 기술과 융합하여 더욱 강력한 시너지 효과를 낼 것으로 기대됩니다. 하루빨리 일상을 회복하고 향후 발생할 수 있는 새로운 감염병 위협에 미리 대처할 수 있는 날이 오기를 희망합니다.