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미세먼지 제거 기술 어디까지 진화했을까?
먼지 제거 기술

미세먼지는 우리의 건강을 위협하는 일상적인 불안 요소로 자리 잡았다. 매일 아침 일기예보 시간에는 빠짐없이 미세먼지 농도 수치를 방송하며 주의를 당부한다. 이에 따라 실내에 공기청정기를 설치하는 가정이 늘고 있으며, 가전업계에서는 보다 특화되고 차별화된 먼지 제거 기술을 개발하는 데 많은 노력을 기울이고 있다. 그러나 문제는 대기 중의 미세먼지만이 아니다. 작업장과 공사현장에서 발생하는 먼지 역시 대기를 오염시키는주요 원인으로 지목받고 있다. 특히 이는 환경 분쟁의 소지까지 있으므로 장기적인 안목에서 꾸준히 대안이 마련되어야만 한다.

여과 집진과 전기 집진이 대표적
우리는 일상적으로 ‘먼지 제거’라는 말로 표현하지만, 기술적으로 좀 더 정확한 용어는 ‘미세 입자 제어 기술’로 불린다. 사실 먼지를 완전히 사라지게 하기란 힘들기 때문에 보다 정확하게는 이를 제어해서 별도의 처리를 한다는 개념이 더 정확하다고 볼 수 있다.
이 기술이 시작된 뿌리는 사실 1960~1970년대로 거슬러 올라간다. 당시의 급격한 산업화가 이미 미세먼지 발생의 토대를 만들어냈기 때문이다. 1980년대 이후 환경오염에 대한 관심, 그리고 최근 몇 년간 악명을 떨쳤던 중국발 초미세 먼지로 인해서 관련 기술은 더욱 발전하기 시작했다.
우리의 대기 중에는 생각보다 많은 오염물질이 존재한다. 그냥 먼지라고만 표현하기에는 그 실상이 더욱 심각하다는 이야기다. 예를 들어 대기 중에 떠다니는 입자상 물질은 분진, 에어로졸, 비산재, 훈연, 매연, 검댕, 스모그 등 다양하다. 모두 연소나 불완전연소 과정 또는 화학적 반응의 과정에서 생겨나는 입체 및 고체 입자들이다.
이러한 물질들을 제거하는 기술적 원리는 매우 다양하지만, 산업적으로 가장 많이 쓰이고 유용한 것은 필터를 이용한 여과 집진기와 전기의 정전력(精電力)을 이용한 방전을 통해 제어하는 전기 집진 기술이다. 필터를 이용하는 전자의 기술은 우리가 흔히 알고 있는 공기청정기의 대표적인 원리이며, 후자는 발전소, 시멘트 소성로, 제철제강로 등에서 광범위하게 쓰이고 있다.
일반인들에게 가장 직접적으로 적용될 수 있는 기술은 단연 필터를 활용한 여과 집진 기술이다. 이는 대부분의 가전회사에서 공기청정기를 만들 때 사용하는 기술이기도 하다. 최근에는 필터의 성능이 더욱 강화됐고, ICT기술이 결합되는 특성을 보이고 있다. 예를 들어 삼성전자의 경우에는 일명 ‘필터 세이빙 5단계 청정 시스템’을 선보였다. 이는 다양한 기능을 가진 필터를 연속적으로 배열함으로써 대기 중의 먼지를 최대치로 걸러내는 것이다. 극세필터, 숯탈취필터, 초미세먼지 항균필터, 바이러스닥터로 구성된 4단계 청정 시스템을 구성했으며, 여기에 전기 집진의 원리까지 가진 필터세이버를 추가했다. 이는 오로지 필터에만 의존했던 과거 기술에 비해, 전기 집진의 원리까지 결합시켰다는 점에서 한 단계 진보했다고 평가할 수 있다. 또한 와이파이(Wi-Fi)를 통한 스마트폰 앱으로도 언제 어디서나 공기의 상태를 점검하고 시스템 작동을 할 수 있다.

이제는 ‘극초미세먼지’까지 제거
최근에는 필터의 기술이 더욱 발달해 극초미세먼지까지 걸러내는 기술적 진보를 이뤄냈다. LG전자는 먼지 입자의 지름이 1㎛(마이크로미터, 1㎛는 100만 분의 1m) 이하인 극초미세먼지까지 감지하고 이를 필터링해내는 기능을 선보였다. 또한 공기청정기의 핵심이라고 할 수 있는 필터 자체가 스스로 청소를 하는 기능도 주목할 만하다. 360시간에 한 번씩 청소 솔이 자동적으로 회전하면서 필터의 먼지를 제거하고, 그 먼지는 별도의 먼지통에 모인다. 필터를 수동으로 교환해야 했던 과거에 비하면 훨씬 편리해진 셈이다.
필터 기술이 점점 더 발전하고 있는 가운데, 한편에서는 필터 없는 새로운 기술적 진보도 이뤄지고 있다. 아직은 필터가 완전히 없어진 제품이 상용화되기는 힘들겠지만, 향후 이는 대중적 상용화의 길을 걸을 수 있을 것으로 보인다. 특히 다수의 기존 기술 및 제품들이 대부분 필터의 기능을 활용하고 있다는 점에서 이 기술은 혁신적이라고 말할 수 있을 법하다.
한국기계연구원 환경기계시스템연구실은 지난해 4월에 오로지 정전기와 물만을 활용해 공기를 정화하는 기술을 개발했다. 시스템 자체는 그리 복잡하지 않다. 5~10㎛ 정도의 미세한 탄소섬유를 통해 정전기를 만들어내고 이 정전기가 먼지를 끌어당기게 된다. 그 후 수막형 집진장치를 통해 물이 흘러내려 먼지와 함께 아래쪽에 위치한 수조로 내려가게 하는 방식이다. ‘실내용 습식 공기정화기술’로 명명된 이 기술은 우선 필터 유지비용이 전혀 들지 않는 장점을 가지고 있다. 기존 공기청정기의 경우 최소 6개월 이상 사용한 후에는 반드시 필터를 갈아주어야만 했다. 하지만 이 기술을 적용하면 먼지가 포함된 하단의 물만 교체해주면 충분하다. 또한 필터 자체가 없기 때문에 필터로 인한 2차 오염의 위험이 없고, 기기 장치 내부에서 물이 오가기 때문에 별도의 가습기 효과까지 볼 수 있다. 현재는 가정용 기술로만 개발되어 있는 상태지만 향후 공항이나 지하상가 등 대형 공간에서도 활용할 수 있도록 연구를 이어나갈 예정이다.

 

산업용 장치에는 ICT기술 적용되기 시작
산업용 기술들은 가전용에 비해 매우 다양한 형태로 기술 발전이 이루어졌다. 기기 자체가 티탄, 알루미늄 경합금 등 고강도의 소재로 만들어져 있고 필터형, 청소기형, 카트리지형, 후드형, 작업대 일체형 등 기기의 종류 자체도 매우 다양하다. 특히 다양한 상황에서 먼지를 효과적으로 제거하기 위한 디지털 컨트롤러가 장착되어 있는 것도 일반적이다. 예를 들어 정확한 차압을 측정하는 압력 센서는 물론 고정밀 전류계측 제어, 언어설정 등도 가능하다. 기본적인 작동의 원리는 필터, 전기 집진 등이 혼합되어 있다.
눈에 띄는 또 다른 최신 기술은 자동으로 미세먼지를 측정하고, 이를 스마트폰으로 확인한 후 그 오염 정도에 따라 스프링클러를 작동, 미세먼지를 자동 제어하는 기술이다. 중앙환경분쟁조정위원회가 주최한 ‘제1회 환경분쟁예방 우수사례 공모전’에서 최우수상을 받은 ‘사물인터넷(IoT) 기반 미세먼지 자동제어 스마트 시스템’이 바로 그 주인공이다.
이 시스템은 스마트폰, 대기질 측정 시스템 등의 IT기기와 스프링클러, 펌프 등의 사물이 융합된 기술로, 공사현장에서 발생하는 미세먼지를 측정하고 제어하게 된다. 이제까지는 공사현장에서 근로자들이 수시로 물을 뿌리는 방식으로 먼지를 제어해왔다. 이에 비해 사물인터넷이 적용된 이 시스템은 현장의 먼지를 획기적이고 안정적으로 제어할 수 있을 것으로 보인다.
최근에는 ‘2중 백필터 기술’을 활용한 폐기물 소각장의 분진 제거 기술이 중국에 수출되는 사례도 있었다. 이 기술은 소각장의 골칫거리라고 할 수 있는 다이옥신을 중점적으로 제거하면서도 기타 비산재 등도 함께 제거할 수 있는 일거양득의 기술이라고 할 수 있다. 두 개의 필터를 통해 공기가 정화되는 과정에서 우선 1차 필터에서는 소각로에서 배출되는 다이옥신과 비산재를 제거한 후에 2차 필터에서는 아직 걸러지지 않은 내용물을 제거하게 된다. 이는 성능이 뛰어난 획기적인 저감기술로 평가받고 있다. 뿐만 아니라 이러한 2중제거 과정에서는 일반적으로 다이옥신 제거용 활성탄이 사용되지만, 이후에 이를 재활용할 수 있기 때문에 경제적으로도 우수하다는 평가를 받고 있다. 이 기술은 현재 대한민국 환경신기술, 녹색기술 등에 등재되어 있으며, 실제 인천 송도의 남부소각로, 경기 파주의 용융열분해시설, 경남 진해의 폐기물 소각로 등에 설치되어 하루에 수백 톤 규모의 대기오염 물질을 처리하고 있다.
이러한 2중 백필터 기술을 소각로는 물론 대기오염 제거기술로 발전시킨 것은 대우건설이다. 최근 대우건설은 중국 산둥성 환경 분야의 대표 기업이라고 할 수 있는 산둥국환산업투자유한공사(회장 하흥왕)와 MOU를 맺고 본격 수출에 나섰다. 2중 백필터 공정(DBF)의 설계, 운영기술, 기자재 등을 제공하고 향후 더 발전시켜 고형폐기물 및 수처리 분야로까지 협력분야를 확대해나갈 예정이다.
일상과 작업장을 쾌적하게 만들기 위해서는 무엇보다 각종 오염물질이 효과적으로 제거되어야 한다. 특히 이는 인체의 건강에 직접적인 영향을 미친다는 점에서 향후 지속적인 기술 개발이 이루어질 수 있을 것으로 보인다.

TIP

가전제품에 침투하는 먼지도 예방

대기 중의 먼지는 사람의 건강에만 안 좋은 영향을 미치는 것은 아니다. 가전제품에도 많은 양의 먼지가 쌓이게 되면 장기적으로 성능에 영향을 미칠 수 있다. 따라서 최근 출시되고 있는 노트북, 외장하드, USB에도 먼지의 유입을 방지하기 위한 기술이 적용되고 있다. 일명 ‘밀리터리 외장하드’라고 불리는 단단한 외장하드는 미국 국방성 군사 규격을 통과할 정도로 견고하게 제작됐다. 눈에 띄는 것은 여기에 결합되는 특수 볼트이다. 외장하드의 경우 볼트가 결합되는 미세한 구멍들이 먼지가 침입할 수 있는 경로가 된다. 하지만 이 제품에는 특별하게 설계된 나사가 내부를 폐쇄시키게 되어 물은 물론이고 미세한 먼지마저 전혀 침입할 수 없게 되어 있다. 또한 USB 커넥터에도 별도의 보호용 캡이 부착되어 있어 먼지가 들어갈 수 없도록 하고, 노트북 LED 액정에 부착되는 필름 역시 먼지를 제거하는 기능을 가지고 있다. 이는 정전기와 관련된 기술을 활용하는 것으로, 애초에 먼지가 화면에 쌓이지 못하도록 하는 방법이다.

이남훈 전문기자​

 

조회수 : 1,425기사작성일 : 2016-04-01
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