기계연 공기정화 자동차는 연비저감 1% 어떻게?…별도의 송풍장치 없어 가능

미세먼지에 전기를 띠게 한 뒤 전기적 힘으로 집진판에 붙여 포집하는 게 핵심 기술

한국기계연구원 연구진이 공기정화 자동차의 공기흡입 전면 그릴과 바퀴에 부착할 캘리퍼형 집진장치를 설명하고 있다.  (사진=임병안 기자)

한국기계연구원이 개발한 공기정화 자동차는 자동차가 달릴 때 유입되는 도로변 공기 속 미세먼지를 포집하는 기술이다. 또 브레이크에서 발생하는 마모 먼지가 대기 중으로 퍼지기 전에 자동으로 모을 수 있다.

일반 공기청정기처럼 필터로 먼지를 걸러내는 대신, 미세먼지에 전기를 띠게 한 뒤 전기적 힘으로 집진판에 붙여 포집하는 게 핵심 기술이다. 정전기가 주변의 먼지를 끌어당기는 것과 비슷한 원리를 공기정화 자동차에 적용했다. 필터 방식은 공기를 강제로 밀어 넣기 위한 송풍장치와 추가 동력이 필요하지만, 전기집진 방식은 공기가 통과할 때 발생하는 저항이 작아 차량이 달리면서 자연스럽게 생기는 바람을 활용할 수 있다. 별도의 고출력 송풍장치 없이도 높은 미세먼지 제거 성능을 확보하고 차량 연비에 미치는 영향을 줄였다.

공기정화 자동차의 도로주행 실시간 공기정화 데이터.  (그래픽=기계연 제공)

기계연은 차량 전면 그릴에는 미세먼지에 전기를 띠게 하는 하전 모듈을 설치했다. 연구팀은 이 모듈의 방전극으로 머리카락보다 훨씬 가는 탄소섬유를 적용했는데 적은 전류로도 미세먼지에 전기를 띠게할 수 있고 오존 발생을 최소화했다. 그릴을 통과하면서 전기를 띠게 된 미세먼지는 그릴과 라디에이터 사이에 설치된 전기집진 모듈 사이를 흐르는 동안 전기적 힘에 의해 집진판에 붙어 제거된다.

기계연이 함께 개발한 자동차 브레이크 캘리퍼형 집진 장치는 브레이크를 밟을 때 패드와 디스크의 마찰로 발생하는 먼지를 대기 중으로 퍼뜨리지 않고 발생 위치에서 직접 포집하는 기술이다. 패드와 디스크가 마찰하는 과정에서 마모 먼지는 자연스럽게 전기를 띠는데 연구팀은 이러한 특성을 활용해 전기집진 모듈만으로 브레이크 먼지를 포집할 수 있었다.

28일 기계연 본원에서 이뤄진 시연에서 집진 장치를 부착한 승용차가 연구원 내 도로를 시속 17㎞ 속도로 달릴 때 앞 범퍼에 설치된 측정기에서는 미세먼지(PM10) 11.3㎍/㎥와 초미세먼지(PM2.5) 12.7㎍/㎥가 측정됐으나, 자동차 후단 정화된 공기가 나오는 곳에서는 미세먼지 0㎍/㎥, 초미세먼지 0.1㎍/㎥으로 관측됐다.

류석현 한국기계연구원장은 "저희 연구 노력을 국민이 체감할 수 있도록 지난해 5개의 대표적 연구주제를 선정했고 공기 정화하는 자동차 기술은 차량 실내 청정을 뛰어넘어 외부 대기를 개선할 수 있는 국민에게 혜택이 직접 돌아가는 기술이 될 것"이라며 "세계보건기구(WHO)는 사람이 1년 동안 평균적으로 공기 1㎥당 5㎎ 이상의 미세입자 형태의 물질을 흡입해선 안된다고 규정하고 있는데 그것은 우리의 이번 연구가 달성하고 싶은 목표"라고 밝혔다.
임병안 기자