파이낸스투데이는 대기환경 전문기자인 박준재기자를 초빙, 3년 간 심층보도를 준비한 후 창립 13주년을 기념하여 “공기청정기의 진실”을 연재합니다. 본 기사는 문답식으로 이루어졌으며 비전문가도 알기 쉬운 용어로 썼습니다. 박준재기자는 심층보도 준비 중 스웨덴 스톡홀름으로 2년간 특파원 파견을 나갔으며 대기 청정국 스웨덴의 정책과 생활도 소개합니다.

Q5. 공기청정기 필터에 대해서 자세히 알려주세요. - 물리적 필터

A5. 물리적 필터와 화학적 필터 중 물리적 필터에 대해 먼저 설명하겠습니다.

 

물리적 필터란 오염물질을 붙잡아 놓는 형태로 여과하는 필터를 말합니다. 원리를 쉽게 설명하면 ‘그물’을 생각하시면 됩니다. 구멍보다 작은 물체는 그물을 통과하고 구멍보다 큰 물체는 통과하지 못하는데, 그물이 촘촘할수록 더욱 작은 물체까지 잡을 수 있습니다. 그물로 필터의 예를 들어 설명하긴 했지만 실제로 필터가 그물 구조를 하고 있지는 않습니다. 부직포라고 해서 짜거나 뜨지 않고, 섬유를 겹친 상태로 접착하는 접합 방법으로 만듭니다. 그 구조는 그림에서 보는 바와 같습니다.

[그림6 - 1 여과의 방식]

[그림6 - 2 부직포의 구조]4)

 

 

필터에는 두 가지 중요한 요소가 있습니다. 바로 여과 성능과 공기 유통량입니다. 여과 성능은 얼마나 작은 입자까지 여과할 수 있는지를 보는 것이고, 공기 유통량은 얼마나 많은 양의 공기가 통과하면서 오염물질이 걸러지는지를 보는 것입니다.

 

먼저 여과 성능에 대해 알아보겠습니다. 지름 1cm의 구멍이 일정하게 뚫어진 어떤 필터가 있다고 가정하겠습니다. 이 필터는 지름 1cm 미만의 물질은 통과시키고 지름이 1cm 보다 큰 물질은 걸러낼 것입니다. 구멍의 크기가 1mm라면 1mm 보다 큰 물질은 걸러내고 그것보다 작은 물질은 통과시킬 것입니다. 만약 그 구멍의 크기가 10㎛, 1㎛라면 어떻게 될까요? 10㎛, 1㎛ 보다 큰 물질은 걸러낼 것입니다. 즉, 필터에 난 구멍의 크기는 작으면 작을수록 미세한 입자를 걸러낼 수 있습니다. 즉, 여과 성능이 올라가는 것입니다. 그렇지만, 이렇게 필터에 섬세하게 구멍을 내는 것은 정밀함을 요구하는 일입니다. 그래서 정밀한 필터일수록 가격이 비쌉니다. 거기에 또 다른 문제점이 있습니다. 바로 공기 유통량입니다.

 

공기 유통량은 공기 정화에 있어서 매우 중요한 요소입니다. 가정에서 공기청정기 필터를 교체해야 한다면, 필터의 여과 성능이 떨어져서가 아니라 공기 유통량이 떨어져서입니다. 예를 들어, 1㎛의 구멍이 1만개 뚫어져 있는 필터를 사용한 공기청정기가 있는데 한 달이 지나서 1㎛의 구멍이 5천개가 막혔다고 가정하겠습니다. 이 공기청정기는 1㎛ 보다 큰 입자를 5천개나 거르면서 임무를 충실히 수행했습니다. 그리고 여전히 1㎛ 보다 큰 입자를 5천개나 여과할 수 있어 여과 성능에는 변화가 없습니다. 하지만 1만개의 절반인 5천개의 구멍이 오염물질로 막히면서 공기 유통량이 1/2로 줄었고 이제는 한 달 동안 2천5백 개의 입자만 걸러낼 수 있습니다. 공기청정기 필터에도 병목현상이 생겼기 때문입니다.5)

 

이 두 가지 요소로 볼 때, 좋은 필터의 조건을 발견하게 됩니다. 그 조건은 바로 ‘필터에 난 구멍은 작아야 하고 그 수는 많아야 한다’는 점입니다. 구멍이 작을수록 매우 미세한 입자까지 거를 수 있기 때문에 우리는 깨끗한 공기를 마실 수 있습니다. 그리고 그 구멍이 많을수록 공기가 잘 통하기 때문에 한 번에 많이, 그리고 빠르게 공기를 정화할 수 있습니다. 하지만 안타깝게도, 그리고 예상하셨겠지만, 미세하면서 공기 유통량이 많은 필터는 가격이 비쌉니다.

 

필터의 종류 중에 카본필터, 또는 활성탄 필터라는 것이 있습니다. 이 필터는 틈새의 크기에 따라 여과 성능이 좌우되는 망구조 필터와 달리 필터의 표면에 오염물질을 부착, 공기 중에 내보내지 않는 방식으로 공기를 정화합니다. 카본 또는 활성탄이란, 쉽게 말하면 ‘숯’을 말하는 것인데 숯이 냄새나 오염물질 제거에 효과가 있다는 것은 이미 오래 전부터 잘 알려진 사실입니다. 숯은 과학적으로 그 기능이 증명되기 이전부터 간장, 김치 등을 만들 때 잡냄새를 제거하는 데 사용했으며, 현재 정수용 필터로도 많이 쓰입니다.

[그림7 - 활성탄 필터의 다공성 구조 전자현미경 사진]6)

 

숯은 다공성 구조로 표면적이 매우 넓어 냄새나 VOC 입자를 제거하는데 탁월한 효과가 있고 가격도 저렴한 편입니다. 다만, 숯의 표면적이 아무리 넓다고 해도 그 표면에 오염물질이 전부 달라붙으면 더 이상 기능을 발휘할 수 없게 되는데, 이 시기를 수치로 측정하여 알아내기는 어려운 단점이 있습니다. 그래서 보통은 작동을 잘하던 공기청정기가 어느 순간부터 냄새를 잘 제거하지 못하면 카본필터를 교체할 시기로 보는 경우가 많습니다.

 

물리적 필터의 특징은 일정한 시기가 되면 반드시 교환을 해야 한다는 점입니다. 교환 시기가 지나서 제 성능을 내지 못하는 필터를 그대로 부착하고 사용하면 전기적인 낭비와 소음만 일어나는 것이고, 공기청정기를 사용하고 있다는 마음의 위안만 얻을 뿐입니다.

 

4)여과방식 출처: wikipedia, 부직포의 구조 출처: Athira K. S.외, Fabrication of Poly(Caprolactone) Nanofibers by Electrospinning, Journal of Polymer and Biopolymer Physics chemistry, 2014, Vol2, No. 4, p64.

5)여과 효율 50%를 가정한 산술적인 계산이며, 다른 표현으로 압력 손실이 생겼다고 할 수 있습니다.

6)출처: M. Chaudhuri 외, Coconut coir activated carbon:an adsorbent for removal of lead from aqueous solution, WIT Transactions on Ecology and The Environment, Vol 148, 2011, p97

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