최근 미세먼지, 코로나19 확산 등으로 가정에서 보내는 시간이 늘어나면서 실내 공기질(IAQ: Indoor Air Quality)에 대한 국민적 관심이 증대되고 있는 가운데 플라즈마로 공기 중 박테리아를 박멸할 수 있는 공기살균청정기가 상용화를 앞두고 있어 주목받고 있다.
한국생산기술연구원은 공기 중 박테리아를 99.8% 제거할 수 있는 플라즈마 발생용 전극 및 전용 전원 제작기술 개발에 성공했다고 최근 밝혔다.
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 가할 경우 오존(O₃)이 발생하기 때문에 오존 발생량은 최소화하면서도 살균력은 최대로 끌어 올리는 것이 기술개발의 핵심이다.
생기원 첨단정형공정연구그룹 최준 그룹장 연구팀은 플라즈마를 이용한 살균기술을 기존 선진기술대비 목표를 상향 달성함으로써 국내 최고 수준의 기술력을 보유하게 됐다.
우선 대장균보다 제거가 까다롭다고 알려져 있는 표피포도상구균을 시험균으로 선정하고 99.8% 제거를 입증함으로써 국내 최고 수준의 살균력을 인정받았다.
더욱 고무적인 것은 해당 살균력은 상향된 시험기준인 △더 넓은 처리 공간(8m³→60m³)에서 △더 짧은 시간 동안(3시간→1시간) △더 높은 초기 공기 중 세균 농도(1.25x10³→1.67x10³CFU/m³)라는 조건을 모두 충족시키며 한국산업기술시험원(KTL)에서 인증까지 마친 공인된 기술력이다.
연구팀이 개발한 기술은 국내 실내 공기청정기 오존 발생 기준치인 0.03ppm의 1/10 수준인 0.003ppm만이 발생되며 이는 국내 최저수준이다. 오존 발생량이 적으면서도 박테리아 제거 성능이 우수한 것은 오존보다는 주로 플라즈마 내의 고농도 활성종(Reactive Species)인 OH·O 라디칼*로 박테리아를 제거했기 때문이다.
* OH·O 라디칼: 플라즈마 상태에서 생성되는 산소음이온계 천연물질로, 지구상에서 가장 강한 살균력을 가진 물질.
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 공기살균이 가능하며 제작비용도 80% 절감되며 처리 속도는 약 10배 정도 향상된다.
기존 디지털회로 전원공급장치와 다르게 아날로그 소자로 설계해 제작비용을 낮췄으며 아날로그 신호의 디지털 신호 전환 과정이 생략되면서 처리속도는 더욱 빨라졌다.
이번 기술은 공기살균청정기 전문 중소기업에 기술 지원을 통해 플라즈마 공기살균청정기로 상용화까지 마쳤다. 기업에 따르면 향후 3년간 12억원의 국내 매출 및 100만달러 수출까지 기대된다.
최준 생기원 그룹장은 “화학·생물공학, 전기공학, 물리학·전자공학 등 다학제적 융합을 통해 이뤄낸 성과”라며 “향후 코로나와 같은 바이러스, VOCs(휘발성 유기화합물) 제거 등의 기술로 영역을 확대해 나갈 계획”이라고 밝혔다.
한편 이번 연구는 2020 출연(연) 우수 연구성과‘국가과학기술연구회 이사장상’수상, 2020 한국기계기술단체총연합회‘올해의 10대 기계기술’로 선정된 바 있다.
최근 미세먼지, 코로나19 확산 등으로 가정에서 보내는 시간이 늘어나면서 실내 공기질(IAQ: Indoor Air Quality)에 대한 국민적 관심이 증대되고 있는 가운데 플라즈마로 공기 중 박테리아를 박멸할 수 있는 공기살균청정기가 상용화를 앞두고 있어 주목받고 있다. 
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