공기 중 부유 세균과 바이러스를 신속하고 직접적, 상시적으로 제거가 가능하고, 생활 방역 제품으로서 안전성도 담보된 세계 최고 수준의 광촉매를 활용한 공기청정·생활방역 기술을 스마트 농업시설, 가축사육시설 등의 청정·방역기술로 확대 적용하기 위한 연구가 진행되고 있어 화제다.
‘스마트 농업시설 공기질 관리’ ‘순환식 수질·양액 관리 기술’ 등 선봬
차세대 건설기술 기반 가축사육시설 현대화 솔루션 개발 연구도 추진
한국은 지정학적·계절적 특성 및 산업·도시 고도화로 인해 매년 발생하는 고농도 미세먼지 문제를 안고 있다.
특히, 지난 2003년 사스부터 2009년 신종플루, 2015년 메르스, 코로나19 팬데믹에 이르기까지, 2000년 이후 지속적이고 반복적으로 발생한 고위험 감염병 재난도 경험한 바 있다.
최근에는 실내 유해물질로 인해 알레르기비염, 아토피피부염, 천식 등 다양한 환경성 질환 문제도 대두되며 보건·환경 안전을 위해하는 다양한 물리·화학·생물학적 유해인자들로부터 안전하고 안심할 수 있는 실효적인 청정·방역 솔루션에 대한 요구가 높아지고 있다.
이 같은 환경·보건 안전 이슈는 스마트 농업시설과 가축사육시설 등에서도 제기되고 있다.
실제로 가축사육시설에서는 아프라카돼지열병, 돼지콜레라, 구제역, 조류독감 등 가축전염병 확산 문제와 축산악취 및 환경오염 문제, 고농도 유해물질에 상시적, 반복적으로 노출되는 작업자의 보건 안전 문제 등이 현안으로 남아 있다.
또한, 스마트 농업의 경우 빠른 발전과 확대 속도에 비해 실내 공기 중 세균이나 바이러스, 진균 등으로 인한 식물전염병 발생 위험과 화학제재 사용에 따른 작업자 보건 안전 위험 등이 상존하고 있다.
따라서 농업 경쟁력 및 식량안보 강화를 위해 가축사육시설, 스마트 농업시설 등에서의 실효적 청정·방역 솔루션 마련이 시급히 요구되고 있다.
이에 한국건설기술연구원은 지난 2016년부터 6년간 진행된 ‘신종 바이러스 감염 대응 융합 솔루션 개발’ 과제를 통해 개발한 ‘광촉매를 활용한 공기청정·생활방역 기술’을 스마트 농업시설 및 가축사육시설 내 청정·방역 솔루션으로의 확장하기 위한 연구를 수행하고 있다.
광촉매 활용 공기청정·생활방역
광촉매를 활용한 공기청정·생활방역 기술은 국가과학기술연구회(NST)의 미래선도형 융합연구단사업 일환으로 지난 2016년부터 2022년까지 진행된 ‘신종 바이러스 감염 대응 융합 솔루션 개발’ 과제를 통해 처음으로 선보였다.
이 기술은 기존 필터의 문제점인 필터 내 감염원의 고농도 축적과 재배출, 오염 필터 교체·폐기 문제 등을 극복할 수 있다. 비여과식 필터로 차압이 낮아 다양한 장치에 적용이 용이하고, 유지관리도 편리하다. 반영구적 사용도 가능한 혁신 기술로 평가받고 있다.
이 기술의 핵심 소재인 광촉매는 빛에 의해 활성화 시 소재 표면에 발생하는 활성산소를 통해 세균이나 바이러스 등 감염원이 생체구조(virion) 전부 또는 일부가 파괴, 제거되거나 감염력을 상실하게 하는 소재로 알려져 있다.
실제로 연구진은 연구 과정에서 다양한 실험을 통해 광촉매가 대장균을 비롯해 살모넬라균, 로타바이러스, 노로바이러스, 인플루엔자바이러스, 박테리오파지 등 다양한 세균 및 바이러스 종류에 상관없이 99%에서 최대 99.99% 제거하거나 불활화(不活化)하는 성능을 확인했다.
특히, 코로나바이러스의 일종인 휴먼코로나바이러스에 99.9% 이상의 항바이러스 성능을 갖는 것을 확인, 코로나19 바이러스 등 신종 코로나바이러스에도 효과가 있는 것으로 나타났다.
연구진은 병원과 학교 등 실내 공간에서의 광촉매 항균·항바이러스 공기정화장치의 공기 중 부유 세균 저감 성능을 실증하며 기술의 우수성을 입증한 바 있다.
이외에도 생활제품이나 살생물제, 전기전자제품 관련 국내외 안전·인증 기준을 충족, 안전성도 확보했다.
이 기술은 지난 2021년 국가연구개발 우수성과 100선으로 선정된 바 있으며, 공기청정기, 공기살균기, 환기장치 제작 관련 11개 기업에 3극 특허에 기반한 기술이전을 통해 30여 종의 제품 개발과 실용화가 완료된 상태다.
이 제품들은 과기정통부와 조달청 혁신제품으로 선정됐으며, 유럽 알레르기협회(ECARF) 인증도 획득했다. 특히, 코로나19 팬데믹 시기부터 현재까지 국내외 20여개 국의 다양한 실내 공간에서 청정·방역 솔루션으로 활용되고 있다.
한편, 연구진은 광촉매 활용 청정·방역 기술을 인간 생활환경은 물론 스마트 농업시설과 가축사육시설 등 다양한 국민 먹거리 생산시설에서도 활용 가능하도록 적용 범위 확대를 위한 후속 연구에 나섰다.
광촉매 활용 후속 연구
스마트 농업시설 공기질·수질 통합 관리 기술 개발 연구를 통해 광촉매 활용 청정·방역 기술 기반의 ‘스마트 농업시설 공기질 관리 기술’과 UVC 기술 기반의 ‘순환식 수질·양액 관리 기술’이 선보였다.
이 기술들은 향후 농업시설 내 식물전염병 확산 방지는 물론 유해물질로 인한 농작물 품질·생산성 저하, 농약 살포·농업 폐수 방출로 인한 환경오염 문제 해결에 크게 기여할 것으로 기대를 모으고 있다.
실제로 실증 시험 결과, 공기질 관리 기술 운용 시 스마트 농업 시설 내 공기 중 미생물은 세균의 경우 82%, 곰팡이의 경우 69%를 상시 제거할 수 있는 것으로 나타났으며, 순환식 수질 관리 기술 운용 시에는 수중 미생물은 99.9% 이상의 상시 제거할 수 있는 것으로 확인됐다.
한편, 연구진은 현재 AIoT·IAQ 기술 기반 가축사육환경 청정·방역 솔루션 및 차세대 건설기술 기반 가축사육시설 현대화 솔루션 개발 연구를 추진하고 있다.
이 연구는 가축전염병 예방, 축산악취·환경오염 저감 등의 상시 관리가 요구되는 무창돈사 등 대규모 공장형 실내 가축사육시설에서의 청정 축산과 동물복지 실현을 목표로 하고 있다.
현재 동물 가축사육시설 내 병원체 및 유해미생물 제어, 암모니아 등 악취 및 유해가스 제어, 미세분진 등 입자상 물질 제어, 열 스트레스 저감을 위한 온·습도 제어 등 복합 환경요인을 상시·동시·통합 관리할 수 있는 축산환경 관리 기술 개발을 추진하고 있다.
또한, 노후축사의 현대화를 위해 안전성과 내구성, 내화성, 단열성, 시공성, 확장성, 유지관리 용이성이 확보된 고성능·저탄소 건설재료를 활용한 프리캐스트 모듈러형 가축사육시설 건설 기술 개발 연구도 병행하고 있다.
인 / 터 / 뷰
신·변종 고위험 호흡기 감염병 등
환경성 질환 생활 오염 대응 ‘실효’
한국건설기술연구원 구현본 수석연구원은 “광촉매를 활용한 청정·방역 기술은 혁신성은 물론 우수성, 안전성, 실효성을 모두 갖춘 획기적인 기술”이라며, “특히, 다양한 실험을 통해 유해가스, 악취 등의 유해물질과 감염원을 비롯한 각종 세균, 바이러스, 진균 등 유해 미생물 제거 성능에 대한 우수성을 규명했다”고 말했다.
실제로 일본의 광촉매국제연구센터, 전북대학교 등과의 협업을 통해 미생물의 종류에 상관없이 99.9% 이상 상시·직접 제거되는 것을 규명하는 한편, 공인시험기관인 KCL과의 협업을 통해 다양한 세균과 바이러스, 진균 등을 30분 이내에 99.9% 제거되는 것을 규명했다.
이외에도 한국공기청정협회 단체표준 등에서 규정한 모든 종류의 유해가스를 대상으로 제거 성능을 검증한 결과, 5종의 유해가스를 평균 90% 이상의 제거되는 것을 확인했다.
구 박사는 “광촉매 활용 청정·방역 기술은 실내 생활공간에서의 공기 중 유해미생물과 악취 및 유해화학물질의 상시·동시 제거를 통해 실내 쾌적하고 안전한 생활환경 구현이 가능한 실효적 청정·방역기술”이라고 강조했다.
이어 “따라서 향후 도래 가능한 신·변종 고위험 호흡기 감염병은 물론 각종 환경성 질환, 생활환경 오염 등에 실효적 대응 가능할 것”이라고 전망했다.
현재 이 기술은 다중이용시설과 건강 취약·민감계층 이용시설, 3밀(밀폐, 밀집, 밀접) 시설 등을 비롯한 각종 생활시설에서 실내 안전·안심 생활환경 구현을 위한 실효적 솔루션으로 활용되고 있다.
상시 자동 ‘청정·방역’ 통합 관리 체계 개발 추진
한편, 구 박사는 이 같은 혁신 기술을 기반으로 진행한 연구와 관련해 “스마트 농업시설 현장 맞춤형 친환경 공기질·수질 통합관리 기술 개발 연구에서는 스마트 농업시설의 상시 방제 및 친환경 농업 환경 구현을 위한 기술들을 개발하며 성공적으로 마무리했다”고 밝혔다.
이어 “향후 청정 생육환경 구현, 안전한 먹거리의 안정적 생산, 농업 경쟁력 제고에 기여할 수 있도록 기술 보급 확대에 노력을 기울이고 있다”고 말했다.
그는 또, “가축사육환경 청정·방역 솔루션 관련 연구에서는 축산시설의 보건·환경 안전성 제고는 물론 국민 먹거리 수급 안정화, 축산업 경쟁력 강화 및 지속 가능성 확보 등의 효과 창출을 목표로 연구에 집중하고 있다”고 설명했다.
앞으로 연구진은 광촉매 활용 청정·방역 기술을 기반으로 고위험 감염병 재난, 유해환경, 기후변화 등 국가적, 사회적 현안에 대응하기 위한 실용적·실효적 기술 개발에 나설 계획이다.
구 박사는 “현재 인간·동물 생활환경 내 멀티 해저드인 물리·화학·생물학적 복합 유해인자를 통합 감시하고, 실제 현장에서의 환경 오염도와 보건 위험도를 사전 평가·예측·경보하는 한편, 상시·자동 청정·방역을 통해 안전·안심 생활환경을 구현할 수 있는 통합 관리 체계 개발을 추진하고 있다”고 덧붙였다.
