세계 최초 자가세정 나노막 기술 구현

한국과학기술원(KAIST) 환경공학과 박민준 교수 연구팀이 미세먼지를 거의 완벽하게 차단하면서도 에너지 소비를 획기적으로 줄인 차세대 나노막 필터를 개발했다고 4일 밝혔다. 이번 연구는 국제학술지 '네이처 머티리얼스(Nature Materials)' 최신호에 게재됐으며, 미세먼지 문제로 고민하는 전 세계 국가들의 주목을 받고 있다.

연구팀이 개발한 '하이브리드 나노섬유막(HNF)'은 직경 2.5마이크로미터 이하의 초미세먼지(PM2.5)를 99.97% 이상 차단하는 동시에, 기존 HEPA 필터 대비 40% 적은 에너지로 작동한다. 특히 주목할 점은 필터 표면에 쌓인 오염물질을 자동으로 제거하는 '자가세정' 기능을 세계 최초로 구현했다는 것이다.

박민준 교수는 "나노섬유 표면에 특수 코팅을 적용해 정전기력을 조절함으로써, 미세먼지는 강력하게 흡착하면서도 수분과 접촉 시 자동으로 배출되는 메커니즘을 만들었다"며 "이는 마치 연잎 표면의 자정작용을 모방한 것"이라고 설명했다.

실내 공기질 혁명, 가정·병원·산업 현장 적용 가능

연구팀은 지난 2년간 서울 시내 20곳의 가정과 병원, 지하철역에서 실증 실험을 진행했다. 그 결과 HNF 필터를 장착한 공기청정기는 평균 15분 만에 실내 PM2.5 농도를 WHO 권장 기준(15㎍/㎥) 이하로 낮췄으며, 필터 교체 주기도 기존 6개월에서 18개월로 3배 연장됐다.

특히 면역력이 약한 환자들이 많은 서울대병원 중환자실에서 진행된 실험에서는 공기 중 바이러스와 세균까지 99.9% 제거하는 효과가 확인됐다. 병원 측은 "수술실과 신생아실 등 청정도가 중요한 공간에 즉시 도입을 검토하고 있다"고 밝혔다.

산업 현장 적용 가능성도 높다. 반도체 공장, 제약 공장 등 초정밀 청정환경이 필요한 곳에서 HNF 필터는 기존 시스템 대비 설치 공간을 30% 줄이면서도 더 높은 청정도를 달성했다. 삼성전자와 SK하이닉스 등 주요 반도체 기업들이 기술 도입을 위한 협의를 시작한 것으로 알려졌다.

환경부·산업부 공동 지원, 2027년 양산 체제 구축

정부는 이번 기술을 국가 전략기술로 지정하고 상용화를 적극 지원하기로 했다. 환경부와 산업통상자원부는 공동으로 500억 원 규모의 '차세대 공기정화 기술 개발 사업'을 추진하며, HNF 필터 양산 시설 구축에 200억 원을 투입할 예정이다.

연구팀은 국내 중견 필터 제조사인 '에어솔루션'과 기술이전 계약을 체결하고, 2027년 상반기 본격 양산에 돌입한다. 초기 생산 목표는 연간 100만 개이며, 가정용 공기청정기 필터 가격은 기존 HEPA 필터와 비슷한 3만~5만 원 선에서 책정될 전망이다.

에어솔루션 관계자는 "HNF 필터는 제조 공정이 기존 필터와 크게 다르지 않아 대량생산이 용이하다"며 "글로벌 시장 진출도 적극 검토 중"이라고 말했다. 실제로 중국, 인도, 동남아시아 등 미세먼지 문제가 심각한 국가들로부터 이미 기술 도입 문의가 쇄도하고 있다.

탄소중립 시대, 저에너지 공기정화의 새 지평

HNF 필터의 가장 큰 장점은 에너지 효율이다. 기존 공기청정기는 미세먼지를 효과적으로 걸러내기 위해 강력한 모터를 사용해야 했고, 이는 높은 전력 소비로 이어졌다. 그러나 HNF 필터는 나노섬유의 정전기력을 극대화해 약한 풍량으로도 높은 집진 효율을 달성한다.

한국에너지공단의 분석에 따르면, 전국 가정의 공기청정기가 모두 HNF 필터 기반으로 교체될 경우 연간 약 2,300GWh의 전력을 절감할 수 있다. 이는 원자력발전소 1기가 1년간 생산하는 전력량에 해당하며, 탄소 배출량으로 환산하면 연간 약 110만 톤을 줄이는 효과다.

박 교수는 "미세먼지 문제 해결과 에너지 절감이라는 두 마리 토끼를 잡은 기술"이라며 "앞으로 건물 전체 공조시스템, 자동차 캐빈 필터, 마스크 등으로도 적용 범위를 확대할 계획"이라고 밝혔다.

환경운동가들도 이번 기술 개발을 환영했다. 환경재단 최윤희 상임이사는 "근본적인 미세먼지 발생 저감 정책과 함께, 이런 혁신 기술이 결합되면 국민 건강권 보호에 큰 도움이 될 것"이라고 평가했다.

[AI 분석] 공기정화 기술의 패러다임 전환과 산업 전망

이번 HNF 필터 개발은 단순한 기술 혁신을 넘어 공기정화 산업의 패러다임을 바꿀 전환점이 될 전망이다. 글로벌 공기청정기 시장은 2025년 기준 약 180억 달러 규모로, 2030년까지 연평균 8.5% 성장이 예상된다. 특히 아시아-태평양 지역이 전체 시장의 60% 이상을 차지하며, 미세먼지 문제가 심각한 국가들의 수요가 폭발적으로 증가하고 있다.

HNF 필터가 상용화되면 한국은 공기정화 기술 선진국으로 자리매김할 수 있다. 현재 공기청정 필터 시장은 미국과 일본 기업들이 주도하고 있으나, 에너지 효율과 자가세정 기능을 갖춘 HNF는 명확한 기술적 우위를 점하고 있다. 산업연구원은 HNF 필터 관련 산업이 2030년까지 국내에서만 3조 원 규모로 성장하고, 약 2만 개의 일자리를 창출할 것으로 전망했다.

다만 대량생산 과정에서의 품질 관리, 가격 경쟁력 확보, 글로벌 인증 획득 등의 과제가 남아 있다. 특히 중국 등 후발주자들의 추격이 빠를 것으로 예상되므로, 지속적인 기술 개발과 특허 확보가 중요하다. 연구팀은 이미 50여 건의 국내외 특허를 출원했으며, 2세대 필터 개발도 진행 중이다.

장기적으로는 건물 일체형 공기정화 시스템, 스마트시티 인프라, 우주정거장 등 극한 환경의 공기정화 등으로 적용 범위가 확대될 것이다. 미세먼지뿐 아니라 바이러스, 화학물질, 악취까지 제거하는 통합 솔루션으로 진화한다면, HNF 기술은 21세기 필수 환경 인프라가 될 가능성이 크다.