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국민체감형 연구성과

[2018년 6월 이달의 과학기술인상] 유해가스까지 제거하는 공기청정기술을 개발한다
작성자 관리자
등록일 2020.01.10
조회수 1,901
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[ 20186월 이달의 과학기술인상 ] 유해가스까지 제거하는 공기청정기술을 개발한다

벤젠, 포름알데히드와 같은 가스 상태의 오염원을 제어할 수 있는 신소재 개발,  한양대학교 김기현

 

(사진)‘대기환경 및 대기오염관리연구실’을 운영하는 김기현 한양대학교 교수(출처-한양대학교 김기현)

 

세 마리 토끼를 잡는 상위 1% 과학자

“실험하고 논문 쓰는 게 가장 즐거운 일인데, 연구를 통해 인정도 받고, 국민 건강에 도움을 줄 수도 있으니, 저는 세 마리 토끼를 잡은 셈입니다.”대기 오염원을 분석하고 소재기술을 이용하여 이를 제어하는 김기현 교수(한양대학교 석학교수)의 말입니다.

 

현재 공기청정기술은 미세먼지는 대부분 제거할 수 있지만 인체에 유해한 가스성분은 충분히 제거하지 못하는 한계가 있습니다. 김기현 교수는 휘발성 유기화합물질과 같은 주요 가스성분들을 제어하는 신소재를 개발하여, 그 한계에 도전하면서 세계적 성과를 거두고 있습니다.

 

기존 공기청정기술의 한계

(사진) 미세먼지 가득한 광장(출처- 바로 알면 보인다, 미세먼지 도대체 뭘까’, 환경부, 2016)

도시의 한 가운데 거대한 공기청정기를 설치할 수 있다면 우리는 깨끗한 공기를 마실 수 있을까요?

 

비현실적인 설치비용을 해결한다 해도 공기를 청정할 수 있는 원천기술의 한계 때문에 가성비가 맞지 않을 것이라는 게 김기현 교수의 답변입니다. 긍정적 효과도 있겠지만 현재의 공기청정기술로는 포름알데하이드 같은 휘발성유기화합물을 충분히 걸러낼 수 없기 때문입니다.

 

휘발성유기화합물은 이름은 낯설지만 일상에서 흔하게 접하게 되는 물질입니다. 환경부에서는 가정에서 고등어를 굽기만 해도 포름알데하이드나 벤젠과 같은 휘발성유기화합물이 배출된다고 실험을 통해 밝혔습니다.

 

흔하고, 작고, 해로운 먼지들

 

 

흔하고, 작고, 해로운 먼지들

(이미지) 미세먼지와 초미세먼지의 실제 크기를 상대적으로 보여주는 이미지

(출처: 미국 환경보호청 웹사이트 https://www.epa.gov/pm-pollution/particulate-matter-pm-basics)

 

이‘흔하고 작은’먼지입자들이 “침묵의 살인자”라는 소문은 어느 정도 사실일까요?

 

김기현 교수는 “같은 성분과 농도라면 먼지가 작을수록 인체에 쉽게 침투하기 때문에 더 해로울 수 있다”고 설명합니다. 당연하지만 입자의 전구물질인 가스 형태의 오염물질들은 공기청정기로 잡아내기도 더 어렵습니다.

 

대기오염 분야에서 ‘미세먼지’(PM 10)는 비교적 큰 먼지이고, ‘초미세먼지’(PM 2.5)는 그보다 훨씬 작은 입자입니다. 초미세먼지는 그림에서처럼 1,000배로 확대했을 때 겨우 모래알처럼 보입니다.

 

인체는 코털이나 목의 점막을 이용해 먼지가 체내에 흡수되는 것을 막아냅니다. (초)미세먼지는 이러한 자연 방어막을 그대로 통과해 장기에 침투하고 혈관을 막을 수 있어큰 먼지보다 훨씬 더 위험합니다. (초)미세먼지 때문에 기대수명보다 일찍 사망한 사람이 700만 명이라는 수치는 도시괴담이 아니라 세계보건기구가 3년 전 발표한 내용입니다.

 

공기청정기술의 한계에 도전한다

 

(이미지) 신소재를 이용한 MOF에 휘발성유기화합물 분자들(왼쪽)이 흡착되는 이미지

(이미지 출처 – 김기현 교수 제공)

 

극도로 작고 가볍고 위험한 휘발성유기화합물질들을 제거하는 기술을 개발하기 위해 세계의 과학자들이 노력하고 있습니다. 역점을 두는 부분은 휘발성 유기화합물질들을 효율적으로 가두고 포집할 수 있는 첨단 기능성 소재를 개발하는 것입니다. 소재의 기능성을 극대화하는 것이 연구의 핵심입니다.

 

김기현 교수는 기공이 크고 표면적이 넓은 신소재를 개발하고, 이를 통해 휘발성유기화합물을 제거하는 연구에서 다양한 가능성을 확인하였습니다.

 

그가 사용한 대표적인 소재는 금속유기골격체(MOF)입니다. 김 교수는 휘발성 유기화합물을 가두고 포집하는 기능이 최적화 될 때까지 기공과 표면적이 극대화된 소재를 탐색하고, 흡착효율을 최적화하기 위한 작용기를 결합하는 실험을 반복했습니다. 완벽을 향한 끈질긴 노력이 성공으로 이어진 것입니다.

 

이 기술을 확장하여 흡착-촉매의 연속반응을 유도하는 친환경적인 대기오염물질 제어시스템을 개발하는 것이 그의 목표입니다. “지금도 우리가 파악하지 못하는 대기오염 물질이 시시각각 늘어나고 있습니다. 연구주제가 부족할 일은 없을 것 같습니다. 좋은 제자를 만나 더 많은 연구를 이어가고 싶습니다.”

 

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