과학기술정보통신부 산하 정부출연연구기관인 한국재료연구원(KIMS, 원장 이정환) 나노바이오융합연구실 이승훈 박사 연구팀이 코로나19(SARS-CoV-2)바이러스 에어로졸을 실시간 비활성화할 수 있는 플라즈마 공조 기술 개발에 성공했다고 최근 전했다. 

본 기술은 코로나19 바이러스가 주로 확산되는 에어로졸 상태에서 실시간 방역성능을 검증했다는 점에 큰 의미가 있다.

에어로졸(Aerosol)은 대기 중에 부유하는 고체 또는 액체의 미립자. 배출원으로부터 직접 배출되기도 하며, 기체들이 공기 중에서 입자상 물질로 변환되어 생성되기도 한다.

연구팀이 개발한 플라즈마 필터는 유전체 필터 방전(Dielectric Filter Discharge)기술을 이용해 코로나19 바이러스 에어로졸을 산소활성종, 전기장으로 비활성화하는 부품이다. 연구팀은 플라즈마 필터를 통과한 직후, 코로나19바이러스가 약 99.8% 이상 비활성화되는 것을 확인했다. 또한 플라즈마 필터는 촉매 소재를 활용해 오존(O3)을 배출하지 않고 공기청정기 및 건물의 공조장치 등에 적용이 가능하다. 뿐만 아니라, 연구팀은 플라즈마 필터의 후단에 오존 제거용 촉매를 설치해 배출되는 오존의 농도를 규제치 이하로 유지함으로써, 플라즈마 기술의 약점인 오존 배출 문제를 해결하고 오존 배출과 관련한 각종 규제치를 만족시켰다.

지금까지의 코로나19 바이러스 비활성화 실험은 에어로졸 상태가 아닌 배양접시에 담긴 액상 상태로 진행됐다. 고위험성 바이러스의 에어로졸을 활용한 실험의 위험성으로 인해, 에어로졸 내 코로나19 바이러스의 비활성화를 직접 검증한 경우는 극히 드물다. 이 때문에 실제 상황과 실험 조건이 달라 에어로졸을 활용한 방역성능 검증이 꾸준히 요구되어왔다.

연구팀은 국립마산병원(병원장 박승규) 임상연구소와 협력해 코로나19 바이러스 배양액 에어로졸을 분사해 방역성능을 직접 평가할 수 있는 실험 장치를 개발했고, 적용된 플라즈마 필터의 성능 실증과 관련한 연구결과를 국제 학술지에 투고 중이다. 본 기술이 의료현장 및 다중이용시설 등에 설치되는 공기청정기, 건물 공조 장치 등에 적용될 경우, 향후 감염병 확산 억제에 큰 도움이 될 것으로 예상된다.

연구책임자인 이승훈 선임연구원은 “다양한 방역 소재 부품의 개발도 중요하지만, 고병원성 병원체 에어로졸을 활용한 실증 연구가 부족한 게 사실이다.”라며, “본 연구에서 확보한 코로나19 바이러스 에어로졸의 비활성화 데이터를 기반으로 디지털 트윈을 이용한 가상공간에서의 바이오 에어로졸 제거성능 예측 연구를 통해, 다중이용시설 방역에 필요한 최초 시간과 최적 배치를 도출하는 후속 연구를 추가적으로 수행할 예정이다”라고 말했다.

본 연구는 과학기술정보통신부 한국재료연구원 주요사업으로 수행됐으며, 연구팀은 플라즈마 공기청정기, 공조부품과 관련한 기술 이전을 지난해 2건 완료했다. 특히, 필름형 플라즈마 필터 기술이 적용된 공기살균청정기 제품이 단체인증과 코로나19 비활성화 테스트를 완료한 후 올해 2월 중에 출시를 앞두고 있다. 해당 제품은 지난해 12월 일산 킨텍스(KINTEX)에서 개최된 ‘대한민국 과학기술대전’에 전시된 바 있다.