필터없이 나노 물방울로 초미세먼지를 99.9% 제거하고 스스로 물까지 공급하는 공기청정기가 국내 연구진에 의해 개발됐다.
한국과학기술원(KAIST) 신소재공학과 김일두 교수와 기계공학과 이승섭 교수팀은 필터없이 초미세먼지를 빠르게 제거하고 오존 발생 없이 초저전력으로 구동되는 공기정화 장치를 개발했다고 8일 밝혔다. 이에 따라 이 장치는 필터를 교체할 필요가 없다.
연구팀은 실험을 통해 이 장치가 머리카락 굵기의 약 200분의 1에 불과한 PM0.3(지름 0.3마이크로미터) 이하 크기의 극초미세먼지까지 단시간에 제거할 수 있다는 것을 확인했다. 또 장시간 사용해도 성능 저하가 없는 높은 안정성과 내구성을 갖췄다는 것도 입증했다.
이 장치는 이승섭 교수의 '오존없는 물 전기분무(electrospray)' 기술과 김일두 교수의 '고흡습 나노섬유(hygroscopic nanofiber)' 기술을 결합시킨 것이다. 장치 내부에는 고전압 전극, 물을 스스로 끌어올리는 나노섬유 흡수체, 모세관 현상으로 물을 이동시키는 폴리머 미세채널이 장착돼 있다. 이는 펌프 없이도 물이 자동으로 공급되는 자기펌핑(self-pumped) 구조여서, 장시간 안정적인 물 전기분무를 가능하게 해준다.
연구팀이 0.1세제곱미터(m³) 크기의 실험챔버에서 실험한 결과, 이 장치는 PM0.3~PM10 범위의 다양한 입자를 20분 내 99.9% 제거했다. 특히 기존 필터식 공기청정기로 제거하기 어려웠던 PM0.3 이하의 극초미세먼지도 5분 내 97% 제거하는 성능을 보였다.
30회 연속 테스트와 50시간 연속 구동에서도 성능저하 없이 안정적으로 작동했으며, 전력소모는 스마트폰 충전기보다도 적은 수준의 전력인 약 1.3와트(W)로 기존 헤파(HEPA:High Efficiency Particulate Air, 미세먼지를 걸러주는 고성능 공기필터) 기반 공기청정기의 약 20분의 1 수준에 불과했다. 또한 필터가 없어 공기흐름의 압력손실이 없고 소음도 거의 발생하지 않았다.
이번 기술은 오존이 전혀 발생하지 않으면서도 고효율 정화 성능을 유지해, 차세대 친환경 공기정화 플랫폼으로의 가능성을 제시했다는 평가다. 특히 필터 교체 비용 제거, 초저전력 구동, 장시간 안정성 확보 등의 장점을 통해 실내 환경뿐 아니라 차량용·클린룸·휴대형·웨어러블 공기정화 모듈 등 다양한 분야로의 확장이 기대된다.
이 기술은 이승섭 교수의 연구실 창업기업인 ㈜A2US를 통해 사업화가 진행 중이다. ㈜A2US는 CES 2025 혁신상을 수상했으며, 2026년 휴대용 공기청정기 제품을 출시할 예정이다. 이 제품은 나노 물방울만으로 미세먼지 제거뿐 아니라 냄새 제거 및 병원균 살균 기능도 갖추고 있다.
이번 연구결과는 재료과학 및 나노기술 분야에서 국제학술지 어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈 11월 14일자에 게재됐다.
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