| 초록 |
□ 연구개발 목표 및 내용 ◼ 최종 목표 미세먼지 저감 효율 95% 이상, 바이러스 제거율 95% 이상의 미세먼지 및 바이러스 동시제거 매트릭스 소재 적용 필터 시스템 원천기술 확보 ◼ 전체 내용 ○ 미세먼지 및 바이러스 동시 제거 매트릭스 소재 설계 및 성능평가 - 복합 기능 필터, 항바이러스 기술의 실내 공간 적용사례 조사 - 매트릭스 및 필터 소재 선정 및 차압, 미세먼지 제거 특성 평가 - 항바이러스 성능 부여를 위한 천연 유래 물질 및 기능성 나노물질 선정 및 매트릭스 첨착 특성 평가 - 천연 유래 물질 및 기능성 나노물질의 적용 매트릭스 바이러스 제거율 평가 및 최적 설계안 도출 - 미세먼지 및 바이러스 동시 제거 매트릭스 적용 필터 시스템 설계안 도출 ○ 미세먼지 및 바이러스 동시 제거 매트릭스 적용 필터 시스템 적용방안 연구 - 천연 유래 물질 및 기능성 나노물질 적용 매트릭스 최적 설계안 도출 및 바이러스 제거율 평가 - 미세먼지 및 바이러스 동시 제거 매트릭스 적용 절곡형 필터 시스템 제작 방안 연구 - 미세먼지 및 바이러스 동시 제거 매트릭스 적용 절곡형 필터 미세먼지 제거율 공인시험 - 철도차량 객실 적용 시 미세먼지 저감 효과예측 분석 ◼ 1단계(1년차) ❏ 목표 미세먼지 및 바이러스 동시 제거 매트릭스 소재 원천기술 개발 및 연구실 규모에서 기본성능 검증(TRL 3) ❏ 내용 ○ 복합 기능 필터, 항바이러스 기술 등 실내공간 적용사례 조사 ○ 매트릭스 및 필터 소재별 차압, 미세먼지 제거 특성 평가 ○ 항바이러스 성능 부여를 위한 천연 유래 물질 및 기능성 나노물질의 매트릭스 첨착 특성 평가 ○ 천연 유래 물질 및 기능성 나노물질 조합에 따른 매트릭스 항바이러스 성능평가 및 최적 설계안 도출 ○ 미세먼지 및 바이러스 동시 제거 매트릭스 적용 필터 시스템 설계안 도출 ◼ 1단계(2년차) ❏ 목표 미세먼지 및 바이러스 동시 제거 매트릭스 필터 시스템 적용방안 연구 및 공인시험을 통한 성능검증(TRL 4) ❏ 내용 ○ 천연 유래 물질 및 기능성 나노물질 적용 매트릭스 최적 설계안 도출 및 바이러스 제거율 평가 ○ 미세먼지 및 바이러스 동시 제거 매트릭스 적용 절곡형 필터 시스템 제작 방안 연구 ○ 미세먼지 및 바이러스 동시 제거 매트릭스 적용 절곡형 필터 미세먼지 제거율 공인시험 ○ 철도차량 객실 적용방안 도출 및 미세먼지 저감 효과예측 분석 □ 연구개발성과 ○ 미세먼지 및 바이러스 동시 제거 매트릭스 소재 원천기술 개발 및 연구실 규모에서 기본성능 검증(TRL 3) 완료 - 필터 내 미생물 번식 및 객실로의 재유입을 방지하기 위한 항균·항바이러스 기능 부여방안 기술 조사 수행을 위해 바이러스성 에어로졸 등 제거를 위한 복합기능 필터, 대중교통차량 적용 UV 살균기술, 다중이용시설 적용 미세먼지 및 바이러스 동시 제거 스마트게이트, 표면 항균코팅 기술 등의 적용 사례 분석 수행. - 항바이러스 기능 부여 및 미세먼지 필터 소재와의 적층을 위한 코팅용 매트릭스(PET, polyethylene terephthalate) 선정 완료. 미세먼지 필터 소재(PP, polypropylene)의 등급별 압력손실 및 미세먼지 제거율 평가를 통해 차압 250 Pa 이하, 미세먼지 제거율 95% 이상 달성 가능한 필터 소재 선정 완료. - 항바이러스 성능 부여를 위해 천연 유래 물질 중 항균·항바이러스 효과와 함께 코팅 시 바인더 역할을 할 수 있는 키토산을 선정함. 또한 항균·항바이러스 성능 개선을 위해 산소활성종의 생성이 가능한 금속산화물과 세포손상을 가속화시킬 수 있는 구리이온을 선정하여 매트릭스 첨착 공정방법의 최적화 완료. - 키토산, 금속산화물, 구리이온의 조합 및 농도에 따라 다중 코팅 PET 매트릭스 항균성능 평가를 통해 항균 성능 99.9% 이상의 조합 설계안을 도출(공인시험 완료). - 항바이러스 기능성 매트릭스와 미세먼지 제거 필터의 평면형 적층 필터 시스템의 압력손실 182 Pa 및 미세먼지 제거율 99.46% 달성(실험실 규모 시험 및 결과 외부전문가 자문 완료). ○ 미세먼지 및 바이러스 동시 제거 매트릭스 필터 시스템 적용방안 연구 및 공인시험을 통한 성능검증 (TRL 4) 완료 - 키토산, 금속산화물, 구리이온의 최적 조합 및 농도에 따른 항바이러스 성능 평가를 수행하였음. 인플루엔자에 대해 ≥99.951%, SARS-CoV-2에 대해서는 ≥99.997% 달성 - 절곡형 필터 제작을 위한 PET 매트릭스의 항바이러스 성능 부여를 위해 roll-to-roll 대면적 코팅을 수행하였으며, SARS-CoV-2 제거율 ≥99.999% 달성(공인시험 완료). - 항바이러스 코팅 PET와 미세먼지 제거를 위한 폴리프로필렌(PP)의 합지 후, 절곡 및 조립을 통해 절곡형 필터 시스템을 제작 완료함. 미세먼지 제거율 공인시험 결과 ≥ 99%, 압력손실 15.5 Pa 달성(150 m<sup>3</sup>/h 조건). - 개발된 필터는 철도차량 객실 공기질 개선장치의 기존 미세먼지 필터를 대체하여 적용할 수 있으며 필터 효율, 공기질 개선장치 및 객실 급배기 경계조건에 따른 미세먼지 농도 저감 효과를 CFD 수치해석을 통해 분석함 □ 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과 ○ 활용방안 - 실내 공간 내 미세먼지와 바이러스 동시 저감 및 2차 오염방지 효과로 주요 3밀(密) 공간인 대중교통, 병원 및 다중이용시설 등에 확대 적용 · 도시철도 차량에 설치되고 있는 객실 공기질 개선장치 및 승강장과 대합실 공기청정기 내 필터를 대체하는 활용방안으로 구축 비용 절감 - 철도차량 공기질 개선장치 운영 개선사항 도출 및 객실용 필터 기준 검토에 활용 · 철도차량 기술기준(국토교통부 고시)의 개정 등 미세먼지 저감장치 관련 정책 관련 검토 자료로 활용 가능 ○ 기술적 측면 - 항바이러스 매트릭스 소재 적용 필터 시스템 개발로 미세먼지와 바이러스의 동시 저감 효율 99% 이상 확보 - 인체 위해성을 최소화하고 내구성이 향상된 항바이러스 소재 설계의 원천기술 확보 ○ 경제적ㆍ산업적 측면 - 철도 등 대중교통수단 적용 시 바이러스 확산에 의한 감염을 최소화하여 후처리 비용 절감 - 감염성 바이러스 대유행으로 발생하는 수송량 감소와 철도운송산업의 피해 최소화 ○ 사회적 측면 - 철도차량 객실 등 밀집 실내 공간 내 활용 시 미세먼지 제거 성능 향상과 바이러스 제거 효과로 이용객의 보건 환경 개선 및 쾌적성 향상 기대 (출처 : 요약문 3p) |
