인체의 적(敵), 초미세 먼지 잡는다!
- 고성능필터(HEPA) 방식 공기청정기, 특허출원 증가 -
지난 17일 서울시의 초미세 먼지 농도는 74㎍/㎥로 WHO 기준치인 일일 평균 25㎍/㎥보다 약 50㎍/㎥이 많았다. 하버드대의 연구보고서에 따르면, 이러한 초미세 먼지 농도는 재채기, 침, 코 점막 등에 의해 제거되지 않고 폐 속에 축적되어 심혈관이나 호흡기계 질병에 의한 사망률을 두배 가까이 증가하게 하는 것으로 나타났다.
이렇듯 인체에 매우 해로운 초미세먼지가 중국발 황사나 스모그에 다량 포함된 사실이 알려지면서 가정용 공기청정기에 고성능필터인 HEPA필터(High Efficiency Particulate Air filter) 방식을 적용한 제품의 판매가 증가하고 있으며, 가정용 공기청정기의 먼지집진 방식이 그동안 ‘전기집진 방식’에서 ‘HEPA필터 방식’으로 바뀌면서 HEPA 관련 출원이 지속적으로 증가하고 있다.
특허청(청장 김영민)에 따르면, 최근 10년(‘03~’12년) 동안 가정용 공기청정기 관련 특허출원은 총 370건인데, 이중 전기집진방식이 222건, HEPA필터 방식이 148건으로, 전기집진방식의 출원량이 더 많은 것으로 조사되었으나, 연도별 출원동향을 보면 ‘09년 이후 전기집진방식의 출원은 점차 줄어드는 반면, HEPA필터 방식의 출원은 꾸준히 증가하였다.(붙임1)
기존에 선호되던 전기집진방식은 공기 속의 먼지에 양(+) 또는 음(-)의 전기극성을 부여한 다음 그와 반대 극성의 전극판을 통해 먼지를 흡착하는 방식으로, 먼지의 직경이 작을수록 제거효율이 떨어지고 가동과정에서 인체에 해로운 오존가스가 발생한다는 약점을 안고 있었다.
그에 반하여 HEPA필터 방식은 큰 입자를 제거하는 ‘프리(PRE)필터’, 초미세먼지를 제거하는 ‘HEPA필터’ 그리고 냄새 제거를 위한 ‘탈취필터’를 기본으로 구성하는 것이다. 여기서 HEPA필터는 1940년대 미국에서 ‘방사성 먼지를 제거’하기 위해 불규칙한 배열의 섬유조직을 이용하여 개발한 것으로, 0.3μm 이하의 입자를 99.7% 이상 제거할 수 있고 진드기, 바이러스, 곰팡이 등의 제거성능도 우수한 것으로 평가받고 있다. 이러한 높은 성능 때문에 세계 최대 가정용 공기청정기 시장인 미국에서 출시된 제품의 93%가 HEPA필터 방식을 채택하고 있다.(붙임3, 4)
HEPA필터를 제조하는 기술로는 유리섬유(Glass wool) 소재를 이용한 기술이 대표적이다. 이는 제조공정이 간단하고, 원가가 저렴하여 1960년대에 개발된 이후 현재까지 가장 많이 쓰이고 있다. 그러나 유리섬유로 이루어진 필터가 균열이 발생하기 쉽고, 사용 후 처리가 곤란하여 이를 해결할 수 있는 소재 개발에 관심을 기울이고 있다.
최근 HEPA필터 제조 관련 주요 특허로는 세라믹스소재, 금속소재(Metal Fiber) 및 고분자(Polymer)소재를 이용한 제조 방식이 있다. 여기서 금속소재로 이루어진 HEPA필터는 기존 HEPA필터에 비해 내열성, 내압성 및 기계적 강도 등이 매우 우수할 뿐 아니라 필터의 재사용이 가능하다. 이러한 이유로 미국, 일본을 중심으로 대부분의 선진국에서도 개발하여 제품화를 시도하고 있는 것으로 알려졌다.(붙임2)
특허청 관계자는 “올겨울 수시로 미세먼지 주의보가 발령되는 등 초미세 먼지로 인한 건강상의 문제가 심각하고, 봄철 황사 피해뿐만 아니라 향후 중국발 미세먼지 문제의 해결에는 상당기간이 소요될 것으로 예상되므로 국내 가전업계에서는 동북아(중국, 한국, 일본) 시장을 겨냥하여 초미세먼지 제거 위한 공기청정기를 개발, 판매한다면, 지난여름 습도증가로 제습기가 빅 히트상품이 된 것과 같은 시장창출이 가능하다”라며, “특히, 중국 거대시장에 진출하려면, 모방제품에 의한 피해방지를 위해 (고분자 소재 적용, 금속섬유 소재 적용, 세라믹스 소재 적용) HEPA 필터에 대한 특허확보는 필수”라고 밝혔다.
<붙임 1> 가정용 공기청정기 관련 특허출원 동향
<붙임 2> HEPA 필터 소재 관련 주요 특허출원 현황
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소재 분야 |
발명의 명칭 |
출원번호 |
출원인 |
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고분자(Polymer)소재 |
섬유웹, 이의 제조방법 및 이를 구비하는 필터 |
10-2011-0001081 |
㈜삼성정밀화학 |
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나노웹 필터의 제조방법 및 그에 의해서 제조된 나노웹필터 |
10-2008-0072896 |
㈜효성 | |
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수명특성이 우수한 공조필터지 |
10-2007-0053050 |
㈜코오롱 | |
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금속(Metal Fiber) 소재 |
에어로졸 제거용 금속필터 |
10-2000-0045996 |
이재근 (부산대학교) |
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메탈화이버를 이용한 헤파필터 제조방법 |
10-2011-0064809 |
㈜동양화학 | |
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세라믹스 소재 |
복합 부직포의 제조방법 및 그로부터 제조되는 세라믹 복합 부직포 |
10-2011-0072166 |
㈜웅진케미칼 |
<붙임 3> 먼지 집진 방식 예
<붙임 4> HEPA 필터의 세부 구조
<붙임 5> 초미세먼지(PM2.5) 크기 및 인체에 미치는 영향
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