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2019.12.04

공기청정기가 실내 유해가스를 효과적으로 제어할 수 있을까요?

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대답은 그렇습니다! 그러나 지금까지 여러분이 알던 방식이 아닙니다. 공기청정기의 HEPA 필터는 먼지, 꽃가루 및 곰팡이 포자를 포함하여 약 0.3 마이크론 사이즈 까지의 입자를 걸러냅니다. 가장 효과적인 HEPA 필터는 바이러스 크기 혹은 차량 배기가스 입자 크기인 0.003 마이크론 사이즈의 오염입자를 걸러냅니다. 그러나 주로 합성 또는 무기 섬유 재료로 구성된 이 필터 특성상 가스를 걸러 낼 수 없습니다. 많은 공기 청정기 제조업체들이 오존 발생 혹은 UV 조명을 활용한 기술을 사용하여 유해가스를 제어한다고 하지만, 실제로 이러한 방법을 사용하는 "공기 청정기"는 훨씬 더 위험한 유해 가스를 방출할 수 있습니다. 유해가스 여과에 특별한 기술이 필요한 이유와 유해가스를 잘 제어할 수 있는 공기청정기를 찾는 방법에 대하여 알아보겠습니다.

 

유해 가스에 대해 알아봅시다.

 

고체 입자와 달리 가스를 구성하는 원자와 분자는 완전히 다른 물리적 상태에 있습니다. 기체상태에서 원자는 고체 원자보다 훨씬 더 빠른 속도로 움직입니다. 또한 평균 입자 직경이 0.001 마이크론 미만인 고체 입자보다 훨씬 더 작습니다. 유해 가스는 실내 공간에 많이 포함되어 있지만 항상 건강을 위협할 정도로 높은 농도는 아닙니다. 실내 유해 가스 오염에는 여러 유형이 있으며 가장 중요한 요인들은 다음과 같습니다.

 

• 가스 오염 발생 물질 : 페인트, 표면 광택제, 세척제, 나무 표면 시트가 접착된 가구 및 새로운 카펫 등에서 유해한 가스가 발생되고 외부의 차량 연소에 의해서도 가스가 발생 됩니다. 악취도 보통 가스 형태를 나타내지만 미립자로 공기 중에 방출되기도 합니다.

• 휘발성 유기 화합물 (VOC) : 실내 VOC는 주로 페인트, 가구, 가정용 화학 물질 및 기타 유사한 원인 물질에서 방출됩니다. 일부 VOC는 두통, 피부 반응, 눈 및 호흡기 자극 및 기억 장애를 유발합니다. 또한 암을 유발하기도 합니다. 포름 알데히드는 가장 흔한 실내 VOC입니다.

• 독성 가스 : 일산화탄소, 이산화황 및 이산화질소가 포함됩니다. 이러한 가스에 다량 노출되면 생명에 치명적일 수 있으며 소량으로 노출 되어도 각종 호흡기 문제와 피로를 유발할 수 있습니다.

그렇다면 가스를 제거할 가장 좋은 방법은 무엇일까요?

 

이러한 가스 오염 물질을 제거하려면 고체 형태의 미립자를 필터링 하는데 사용되는 것과 완전히 다른 기술이 필요합니다. 이러한 다른 기술, 어디서 찾아야 할까요?

 

먼저, 가스 오염 물질을 제거하는 방법에는 “흡착”과 “화학흡착”의 두 가지 방법이 있다는 것을 알아야합니다. “흡착”은 원자 또는 분자가 흡착제의 표면에 달라 붙어 물리적으로 함께 결합 되는 방식 입니다. 이는 액체나 기체 상태의 분자로 “흡수”되는 방식과 다르므로 혼동해서는 안됩니다. 흡착제가 보유할 수 있는 가스의 양은 흡착제의 중량에 따라 달라집니다.

 

“화학흡착”은 가스 또는 증기 분자가 흡착제 또는 흡착제의 반응성 물질과 화학적으로 반응 할 때 발생합니다. 이는 흡착제의 표면에서 발생하는 것으로 흡착이 이루어지지는 않습니다. 화학 흡착 현상의 부산물로 공기중에 물과 산소를 분출합니다.

가장 효과적인 가스 제거를 위해서는 흡착과 화학 흡착 두 가지 모두를 촉진해 줘야 합니다.

 

흡착제

 

흡착을 이해하기 위해서는 활성탄이라는 단어 만 기억하면 됩니다. 활성탄은 공기 정화에 사용되는 가장 일반적인 흡착제 이며 석탄, 코코넛 껍질, 나무 등으로 만들 수 있습니다. 입상 활성탄은 표면적이 넓기 때문에 다양한 화합물을 흡착할 수 있게 되어 가스 제어에 가장 효과적입니다. 탄소는 다공성 구조를 생성하는 증기 활성화 공정에 의해 "활성화"됩니다. 작은 스펀지처럼 활성탄에는 수천 개의 작은 균열과 기공이 포함되어 활성탄 내부에 더 넓은 표면적을 확보합니다. 넓은 활성탄 표면적은 더 많은 가스 분자를 끌어당겨 탄소 표면에 결합 시키는 흡착 과정이 발생합니다.

효과 높은 활성 탄소 필터는 충분한 탄소를 사용하여 필터를 통과하는 공기가 활성탄 내에 오염 물질 분자를 충분히 침적 시키게 합니다. 그렇기 때문에 가스 제거 기능이 우수한 공기 청정기는 필터에 더 많은 중량의 탄소를 사용합니다. 탄소의 중량이 높을수록 공기 흐름에서 가스 분자를 포획할 수 있는 표면적이 더 늘어납니다. 그렇다면 어떤 유형의 활성탄이 가장 효과적일까요? 공기정화에 사용되는 활성탄에는 코코넛 껍질과 석탄 기반의 두 가지 유형이 있습니다.

 

• 코코넛 껍질 활성탄

저렴하고 품질 또한 저급이라 널리 사용 가능합니다. 또한 매우 부드러우며 운송 중, 때로는 사용 중에 먼지가 발생하는 경향이 있습니다. 석탄 기반 활성탄과 비교할 때 코코넛 껍질을 소재로 한 탄소는 미세 기공의 수가 더 적으며, 탄소 표면에 미세 기공의 숫자가 더 많아야 가정 환경에서 유해가스와 화학 물질을 제거하는 데 필요합니다. 또한 일부 사람들은 코코넛 껍질 탄소 먼지에 노출될 때 알레르기 또는 호흡기 증상을 보이기도 합니다.

• 석탄 기반 활성탄

석탄 기반 활성탄 내부의 표면적은 엄청나게 넓어 코코넛 껍질 소재의 활성 탄소보다 훨씬 효과적인 흡착제입니다. 역청, 갈탄 및 무연탄의 네 가지 주요 석탄 유형 중에서 역청탄은 가장 광범위한 탄소 함량을 가지고 있으며, 이러한 이유 때문에 IQAir가 역청탄 기반 활성탄을 유해가스 흡착 과정에 사용하는 이유입니다. 그리고 활성탄 필터에 대한 또 다른 재미있는 사실 중 하나는 많은 공기청정기들이 활성탄보다 저가인 제올라이트를 사용하고 있다는 것입니다. 그러나 싼 것은 이유가 있습니다. 제올라이트가 특수 탄소보다 가스 성 화합물을 더 잘 제거할 수 있다는 증거는 없으며, 최고 효율을 나타내는 탄소 필터에는 제올라이트 성분이 없습니다. 또한, 탄소 필터에 오염된 공기가 직접적으로 닿기 이전에 미립자들이 프리필터를 통과하게 하는 것이 중요합니다. 이러한 미립자들이 탄소 필터를 통과하게 되면 탄소 구멍이 먼지로 막혀 탄소 필터의 수명이 단축 됩니다.

 

활성화 정도

 

실내 공기 정화를 효과적으로 진행하려면 활성탄 효과는 물론, 활성화 정도를 꼼꼼하게 살펴봐야 합니다. 대부분의 활성탄은 산업 현장에서 사용되는 목적을 가지고 있으므로, 최대한 기공을 크게 하여 활성화 정도를 최대로 높게 합니다. 활성화 정도가 높을수록 가스의 농도가 높은 환경에서 효과적으로 가스를 흡착 하지만, 산업 환경이 아닌 가정에서 냄새와 화학 물질을 제거하는 데 큰 기공의 탄소는 오히려 효과가 좋지 못합니다. 언뜻 듣기에는 앞 뒤가 안 맞는듯 하지만, 집 안에서 일반적으로 발생하는 악취와 가스, 화학물질은 산업 환경에서 발생하는 가스 보다 농도가 낮으므로 활성탄소 역시 표면의 기공이 작고 미세할수록 활성화 정도가 더욱 높아집니다.

 

화학 흡착 재료

 

화학 흡착은 흡착제 표면의 흡착과 흡착에 따른 화학 반응 모두를 포함합니다. 이러한 추가 화학 반응은 특정 오염 물질을 제어하는 데에 효과적으로 작용합니다. 과망간산 칼륨은 고성능 가스 제어 공기 청정기에 사용되는 일반적인 화학 흡착제 중 하나 입니다. 과망간산 칼륨은 포름 알데히드, 황화수소 및 이산화황과 같은 오염 물질을 안전한 부산물로 변화하여 영구적으로 분해합니다.

 

피해야 할 가스 제거 기술 2 가지

 

모든 유해가스 제어용 공기청정기가 동일한 가스 제거 기술을 적용하지는 않습니다. 유해 가스정화 효과 기능을 홍보하는 공기청정기 중에는 위험한 방법을 사용하여 제거하는 유해가스 보다 더 위험한 물질을 공기중에 분출 하는 경우도 있습니다. 위험한 방식을 사용하는 공기청정 방식 중 한 가지 방식은 오존을 발생하는 방식과 또 다른 방식으로는 자외선 (UV) 조명과 광촉매 산화 (PCO)를 사용하는 방식입니다.

 

오존 발생 방식의 유해가스 제어 공기청정기

 

오존 발생기의 기본 청정 원리는 오존을 생성하여 공기를 정화시키는 방식입니다. 오존 (O3)은 3 개의 산소 원자로 만들어진 반응성 가스이며 스모그의 주요 성분입니다. 오존 발생기에서 생성되는 낮은 수준의 오존은 대기 중의 오염 물질을 제거하지 못합니다. 그러나 소량의 오존을 흡입해도 호흡계 내부를 자극하여 기침, 흉부 압박감 및 호흡 곤란을 유발할 수 있습니다. 오존에 장기 노출 될 경우 천식이 발생하거나 악화될 수 있으며 조기 사망으로 이어질 수도 있습니다. 캘리포니아 주에서는 오존 발생기의 유해성에 대한 연구 결과에 따라 오존 발생기 사용을 법적으로 금지 시켰습니다.

 

광촉매 산화 방식의 유해가스 제어 공기청정기

 

PCO (Photocatalytic oxidation) 기술은 빛과 반응하여 공기 중의 가스 오염 물질을 인체에 무해한 물질로 바꾸어 없애기 위해 UV 램프와 촉매 (반응을 일으키는 물질)를 사용합니다. 산화 티탄은 가장 일반적인 PCO 촉매입니다. 산화 티타늄을 촉매로 사용할 때 PCO 장치는 유해 가스를 이산화탄소 (CO2)와 물로 변환해야 합니다. 그러나 PCO 장치는 이 과정에서 포름 알데히드와 같은 유해한 부산물을 생산하는 것으로 알려져 있습니다. PCO 방식을 사용하는 공기 청정기 브랜드들은 활성탄 이나 기타 가스 필터보다 더 효과적인 것을 강조합니다. 그러나 현재 이용 가능한 촉매는 유해 가스 제거에 효과적이지 않습니다.