[R&D르네상스] 플라즈마로 공기 중 박테리아 박멸한다
[R&D르네상스] 플라즈마로 공기 중 박테리아 박멸한다
  • 박소연 기자
  • 승인 2021.06.07 16:42
  • 댓글 0
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- 한국생산기술연구원, 박테리아 99.8%제거와 소비전력 40%↓,제작비용 80%↓공기살균청정기 상용화

- 2020 출연(연) 우수 연구성과「국가과학기술연구회 이사장상」수상 쾌거
박소연 기자 psy@monthlypeople.com
박소연 기자 psy@monthlypeople.com

최근 미세먼지, 코로나 19 확산 등으로 가정에서 보내는 시간이 늘어나면서 실내 공기 질(Indoor Air Quality, IAQ)에 대한 국민적 관심이 증대되고 있음에 힘입어 미세먼지 제거를 위한 공기청정기가 시중에 많이 보급된 가운데, 공기 정화뿐만 아니라 부유세균까지 없애는 살균기능 개발 요구가 늘고 있다.

이에 한국생산기술연구원(이하 생기원)이 공기 중 박테리아를 99.8% 제거할 수 있는 플라즈마 발생용 전극 및 전용 전원 제작기술 개발에 성공했다.

플라즈마(Plasma)란 고체, 액체, 기체 다음의 제4의 물질 상태로, 현재 반도체부터 의료까지 다양한 산업군에 적용되고 있다. 여기에 플라즈마의 살균기능도 입증되면서 관련 연구개발이 활발하다. 다만 플라즈마 생성을 위해 높은 에너지를 가하면 오존(O3)이 발생하기 때문에 오존 발생량은 최소화하면서도 살균력은 최대로 끌어올리는 것이 기술 개발의 핵심이다.

 

최준 그룹장과 연구팀원이 플라즈마의 동작 특성을 분석하고 있다. [사진=한국생산기술연구원]
최준 그룹장과 연구팀원이 플라즈마의 동작 특성을 분석하고 있다. [사진=한국생산기술연구원]

생기원 첨단정형공정연구그룹 최준 그룹장 연구팀은 플라즈마를 이용한 살균기술을 기존 선진기술 대비 목표 상향 달성함으로써, 국내 최고 수준의 기술력을 보유하게 됐다.

우선 대장균보다 제거가 까다롭다고 알려진 표피포도상구균을 시험균으로 선정하고 99.8% 제거를 입증함으로써 국내 최고 수준의 살균력을 인정받았다. 더욱 고무적인 것은 해당 살균력은 상향된 시험기준인 더 넓은 처리 공간(8m³60m³)에서 더 짧은 시간 동안(3시간1시간), 더 높은 초기 공기 중 세균 농도(1.25x10³1.67x10³CFU/m³)라는 조건을 모두 충족시키며, 한국산업기술시험원(KTL)에서 인증까지 마친 공인된 기술력이다.

 

연구팀이 개발한 기술은 국내 실내 공기청정기 오존 발생 기준치인 0.03ppm1/10 수준인 0.003ppm만이 발생하며, 이는 국내 최저수준이다.

오존 발생량이 적으면서도 박테리아 제거 성능이 우수한 것은 오존보다는 주로 플라즈마 내의 고농도 활성종(Reactive Species)OH·O 라디칼(플라즈마 상태에서 생성되는 산소음이온계 천연물질로, 지구상에서 가장 강한 살균력을 가진 물질)로 박테리아를 제거했기 때문이다. 또한, 플라즈마의 광학적 진단을 통해 전원 특성(주파수, 전압 등)을 제어해 플라즈마에 의한 살균 성능 최적화를 이룬 결과다.

여기에 플라즈마 전극에 최적화된 전용 전원공급장치 설계 및 제작까지 마무리해 상용화도 급물살을 탔다. 전용 전원공급장치를 적용할 경우 기존 제품대비 소비전력이 약 40% 줄어 3W만으로 30평형 공기 살균이 가능하고, 제작비용도 80% 절감되며, 처리 속도는 약 10배 정도 향상되며 기존 디지털회로 전원공급장치와 다르게 아날로그 소자로 설계해 제작비용을 낮췄고, 아날로그 신호의 디지털 신호 전환 과정이 생략되면서 처리 속도는 더욱 빨라졌다.

 

최준 그룹장(오른쪽 아래) 및 연구팀 [사진=한국생산기술연구원]
최준 그룹장(오른쪽 아래) 및 연구팀 [사진=한국생산기술연구원]

이번 기술은 공기살균청정기 전문 중소기업에 기술 지원을 통해 플라즈마 공기살균청정기로 상용화까지 마쳤다. 기업에 따르면 향후 3년간 12억 원의 국내 매출 및 100만 달러 수출까지 기대된다.

생기원 최준 그룹장은화학·생물공학, 전기공학, 물리학·전자공학 등 다학제적 융합을 통해 이뤄낸 성과라며, “향후 코로나와 같은 바이러스, VOCs(휘발성 유기화합물) 제거 등의 기술로 영역을 확대해 나갈 계획이라고 밝혔다.

한편 이번 연구는 2020 출연() 우수 연구성과국가과학기술연구회 이사장상수상, 2020 한국기계기술단체총연합회올해의 10대 기계기술로 선정된 바 있다.

 

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