전기화 공정을 활용해 유해 VOCs 제거와 바이오에어로졸 제어를 하나의 시스템에서 구현하고, 저전력으로 공기를 정화할 수 있는 새로운 기술이 개발됐다.

충남대학교 신소재공학과 김상준 교수팀과 한양대 이준석 교수팀이 전기 에너지를 활용해 휘발성유기화합물(VOCs) 제거와 바이오에어로졸 제어 기능을 하나의 시스템에 통합한 다기능 전기화 촉매 필터를 개발했다.

이번 연구 성과는 환경과학 분야 국제 저명 학술지인 ‘저널 오브 해저더스 머티리얼스(Journal of Hazardous Materials, IF: 10.6, JCR 상위 7.0%)’에 게재됐다. 이번 연구는 충남대 김상준 교수와 한양대 이준석 교수가 공동 교신저자로, 충남대 이현지 박사과정과 한양대 김승희·이찬휘 박사과정이 공동 제1저자로 참여했다.

공동 연구팀은 화석연료 기반 외부 열원 대신 전도성 필터에 직접 전기를 가해 열을 발생시키는 저전력 줄 발열(Joule Heating) 방식을 적용했다. 이를 통해 촉매 반응에 필요한 열을 효율적으로 공급하고, 유해가스 제거와 바이오에어로졸 제어 기능을 하나의 다기능 필터 시스템에 구현했다.

특히, 개발된 촉매 필터는 벤젠·톨루엔·자일렌 등 유해 VOCs를 효과적으로 제거하고, 대장균과 황색포도상구균 등 바이오에어로졸을 포집·불활성화하는 성능을 입증했다. 또한 장시간 운전에서도 높은 촉매 활성과 안정성을 유지해 전기화 공기정화 플랫폼으로서의 적용 가능성을 확인했다.

이번 연구는 외부 열원을 사용하는 기존 공기정화 방식과 달리 전기 에너지를 필터에 직접 공급해 촉매 반응에 필요한 열을 발생시키고, VOCs와 바이오에어로졸을 하나의 시스템에서 동시에 처리할 수 있는 기술을 제시했다는 점에서 의미가 있다. 특히 고효율·고안정성의 다기능 촉매 필터를 구현함으로써 다양한 실내·산업 환경에서의 공기질 관리 기술로 활용할 수 있는 기반을 마련했다.

김상준 교수는 “이번 연구는 친환경 전기 에너지를 활용해 촉매 반응과 바이오에어로졸 제어 기능을 하나의 공기정화 플랫폼에 구현했다는 점에서 의미가 크다”며 “다기능 전기화 촉매 필터가 향후 산업 및 실내 환경의 다양한 유해인자를 처리하는 고효율 전기화 공기정화 기술로 응용될 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다.

한편, 연구팀은 앞으로도 전기화 공정과 촉매 소재 기술을 바탕으로 다양한 유해 대기오염물질을 효과적으로 제어할 수 있는 고효율·저전력 공기정화 기술 개발을 이어갈 예정이다.