김수병 기자 hellios@hani.co.kr

△ 눈뜨기도 숨쉬기도 힘겹게 하는 황사가 한반도에 몰려오고 있다. 황사 먼지는 입자가 굵어 고성능 필터를 사용하지 않아도 제거할 수 있다.(한겨레 강창광 기자)

어김없이 찾아오는 황사 탓에 공기청정기가 필수 가전 품목으로 자리잡았다. 공기청정기는 미세분진, 각종 유해가스, 잡균, 곰팡이, 바이러스 등 오염물질이 포함된 공기를 정화 매개체를 통해 제거한 뒤 청정한 공기를 배출한다. 신형 공기청정기는 사계절 내내 공기를 정화하는 것은 물론 생활냄새 제거, 진드기, 꽃가루, 애완동물 털 등 작은 입자를 제거하며 공기 감염으로 인한 질병을 예방하는 등 다양한 기능을 지녔다고 한다. 건강에 대한 관심이 높아지면서 공기청정기 시장이 해마다 2배 이상 폭발적으로 증가하는 추세다. 모델도 다양해지면서 100만원을 웃도는 제품도 속속 나오고 있다. 이들 공기청정기는 정말로 황사를 막아내며 미세먼지까지 걸러내는 것일까.

청소기 돌릴 때도 오염물질 배출된다

우리의 움직임 하나하나가 실내 공기를 오염시킨다. 심지에 집안에서 걷는 것만으로도 미세먼지에 노출되게 마련이다. 집안에서 부지런히 움직일수록 미세먼지의 양은 많아진다. 일반적으로 요리나 난방기구 작동, 흡연 등에서 발생하는 미세먼지는 카펫이나 바닥 깔개, 침대 등에 숨어 있다. 두 사람이 바닥 깔개 위를 걸어다니기만 해도 숨어 있던 먼지가 분당 2mg씩 공중에 떠돈다. 이는 담배 한 개피를 피우는 과정에서 발생하는 미세먼지의 절반에 해당하는 양이다. 심지어 털이개로 먼지를 털거나 진공청소기로 청소를 하는 과정에서도 미세먼지가 발생한다. 청소기의 필터가 미세먼지를 포집하는 데 한계가 있기에 빨아들인 먼지가 필터를 통과해 실내 공기중으로 다시 배출되는 것이다. 공기청정기는 그렇게 공중을 떠도는 미세먼지를 잡는 데 쓰인다.

△ 공기청정기도 실내 먼지를 완벽하게 제거하지는 못한다. 실내 환기를 자주 하고 화초를 기르면 먼지를 제거하는 데 효과적이다.(강재훈 기자)

가정에서 일반적으로 사용하는 공기청정기는 전기집진 방식을 채택하고 있다. 유입된 공기는 프리필터를 거쳐 입자 상태에서 ‘코로나 방전’(Corona Discharge)을 통해 발생하는 양이온이나 음이온과 결합해 전기를 띠게 된다. 코로나 방전은 코로나 발생 모습이 왕관을 닮은 데서 유래했다. 이를 이용한 ‘음이온 공기청정기’는 직류 고전압 전류에 의해 방전이 이뤄진다. 전기를 띠게 된 먼지 입자는 양극과 음극이 번갈아 나타나는 강력한 집진력을 지나는데, 음이온을 띤 먼지 입자들은 양극의 집진판에 모인다. 전기집진식 공기청정기는 내부 청소만 주기적으로 잘 해주면 따로 돈이 들어가지 않고 반영구적으로 사용할 수 있다. 하지만 미세먼지를 걸러내기에는 역부족이며, 자주 청소해주지 않으면 자칫 공기 오염원이 될 수도 있다.

최근에는 공기청정과 가습기 기능을 겸하는 공기청정가습기도 출시되었다. 공기청정과 가습기 기능을 별도로 또는 동시에 사용할 수 있어 겨울철에는 가습기와 공기청정기로, 평소엔 공기청정기로 사용하면 된다. 이런 제품은 음이온이 발생한다는 것을 대대적으로 내세운다. 오염 정도에 따라 자동 청정이 가능하고 분당 10만개 이상의 음이온을 발생시켜 신선한 공기를 제공한다는 것이다. 하지만 음이온이 인체에 이로운 작용만 하는 것은 아니다. 공기청정기에서 나오는 음이온은 두개의 얼굴을 지닌다. 음이온은 살균력이 뛰어나 공기를 정화하는 게 사실이다. 그래서 화장실에 음이온 발생기를 설치하는 가정도 있으며, 음이온 발생 고화질 텔레비전(HDTV)까지 출시되고 있다. 문제는 공기청정기에서 음이온이나 양이온을 생성할 때 ‘오존’이 동시에 배출된다는 것이다. 오존은 특유의 살균력을 자랑하지만 비릿한 냄새가 나며 인체에 해로운 수도 있다.

오존(O3)은 세개의 산소 원자가 구부러진 모양으로 결합되어 색깔도 없는 물질이다. 산소는 온도가 높거나 효소가 작용했을 때 산화하는 데 비해, 오존은 촉매가 없어도 다른 물질을 산화시킨다. 오존이 눈을 따갑게 하거나 기침과 가슴 통증을 일으키는 것도 눈이나 호흡기 점막을 자극하기 때문이다. 오존은 강력한 산화력으로 몸집이 작은 박테리아나 바이러스를 잡고, 냄새를 가진 분자를 산화시켜 파괴하기도 한다. 그래서 자외선을 방출하는 형광등이나 작은 전기 스파크를 이용한 오존 발생 장치로 소독을 하거나 실내 공기를 깨끗하게 만들고, 화학적으로 만든 대량의 오존으로 수돗물을 정수하기도 한다. 하지만 공기청정기로 오존을 지나치게 발생시킬 경우 인체에 해롭다고 한다. 음이온 공기청정기를 사용할 때는 인체에서 50cm~1m가량 떨어진 곳에 두는 게 좋다. 이산화망간을 촉매로 사용하면 오존의 농도를 낮출 수 있다.

미세먼지 제거 효과를 지닌 공기청정기는 대부분 ‘헤파’(HEPA·High Efficiency Particulate Air)필터를 이용한 여과집진식을 채택하고 있다. 여과집진식은 섬유필터를 이용해 먼지 입자를 제거한다. 대개 여과집진식 공기청정기는 몇개의 필터를 사용한다. 유입된 공기는 일단 프리필터를 지난 다음 중간필터를 거치는데, 여기에서 전체 먼지의 60~90%를 걸러낸다. 그 다음에 헤파필터를 통해 미세한 먼지까지 걸러낸다. 헤파필터는 강한 정전기의 힘으로 눈에 보이지 않는 집먼지, 진드기, 바이러스, 곰팡이 등 오염물질을 제거한다. 일반적으로 헤파필터는 0.3㎛ 크기의 대기 중의 분진을 99% 이상 포집하는 고성능 필터로서 산업용 반도체, 전자, 통신, 병원, 제약회사 등처럼 청정한 공기가 필요한 곳에 필수적으로 사용한다. 고가이기 때문에 여과집진식 공기청정기에서 모두 헤파필터를 사용하는 것은 아니다.

△ 공기청정기는 성능에 따라 가격이 천차만별이다. 한 전자제품 매장에서 고객이 공기청정기를 살펴보고 있다.(김진수 기자)

헤파필터가 제거하지 못한 미세먼지를 잡으려면 ‘울파’(ULPA·Ultra-Low Penetration Air)필터를 사용하면 된다. 울파필터가 걸러낼 수 있는 먼지의 크기는 지극히 미세한 0.1∼0.01㎛ 크기로 꽃가루나 곰팡이균까지 거의 완벽하게 제거할 수 있다. 하지만 헤파나 울파도 나노 입자를 걸러내지는 못한다. 0.1㎛을 걸러낸다는 울파필터도 1나노미터(nm)보다는 100배나 입자가 크다. 이렇게 99.9995%의 제거 효율을 보이는 울파필터를 일반 가정에서 사용하기는 힘들다. 울파필터는 초고성능 필터로서 필터 하나의 가격이 수십만원에 이르는 고가의 제품이기 때문이다. 현재 울파필터는 반도체 공장 연구실이나 생명공학 실험실 등의 크린룸에 쓰이고 있다.

고성능 필터로도 잡을 수 없는 먼지들

지금까지 개발된 울파필터로도 속수무책인 먼지들도 있다. 바로 0.3㎛ 안팎의 미세먼지들이다. 여과집진식 공기청정기의 경우 0.3㎛를 기준으로 제거 효율을 결정하는 것도 그 크기 주위의 먼지를 제거하는 게 가장 힘들기 때문이다. 단순히 기능으로 생각한다면 0.5㎛ 이상은 헤파필터로, 0.1㎛는 울파필터로 제거하면 된다. 하지만 0.1~0.5㎛의 미세먼지를 제거하려면 지금으로선 요행수를 기대할 수밖에 없다. 이들은 일반적인 운동의 법칙에 따르지 않고 유체 흐름을 타고 이동하기 때문이다. 0.5㎛ 이상의 크기는 외부의 힘이 작용하지 않으면 물체의 운동 상태는 변하지 않는다는 관성의 법칙에 따르며, 0.1㎛ 이하는 액체나 기체 안에 떠서 움직이는 미세입자의 불규칙한 움직임을 보이는 브라운운동에 따른다. 이런 극미세입자들은 공기 흐름에 따라 불규칙한 운동을 하면서 벽면에 부딪혀 울파필터에 걸린다.

최근에는 고성능의 필터 없이도 미세먼지를 제거하는 공기청정기도 등장하고 있다. 새로운 광촉매를 사용해 화학물질을 분해하는 것이다. 광촉매는 자외선을 받으면 실내공기 증후군의 원인물질로 지목되는 포름알데하이드 같은 유해 화학물질을 분해할 뿐만 아니라 항균효과 등을 나타낸다. 대표적인 신형 광촉매로는 산회티탄을 꼽을 수 있다. 유리 판상에 나노미터 크기로 세공한 알루미나 다공질 박막을 제작해 그 세공 속에 산화티탄의 콜로이드 용액을 넣은 뒤 가열해 나노튜브 상의 산화티탄막을 형성한 것이다. DNA를 이용해 유해물질을 제거하는 ‘바이오 필터’도 개발되고 있다. 연어의 비늘에서 채취한 유전물질을 활용한 이 필터는 DNA의 틈새에 끼어든 유해물질을 선택적으로 제거한다.

가정에서 공기청정기를 구입할 때 무엇을 주의깊게 살펴봐야 할까. 일단 공기청정기는 서로 다른 정화 방식을 내세우고 있기에 기능과 차이점을 눈여겨보는 게 좋다. 음이온 공기청정기라고 해서 모두 전기집진식은 아니고, 음이온 방출기가 부착됐어도 음이온 공기청정기의 기능을 하는 것은 아니다. ‘집진 성능이 99.97%’라는 표현도 일종의 눈속임에 가깝다. 육안으로 확인할 수 없는 먼지 입자 1만개 가운데 3개는 그대로 공중을 떠돌기 때문이다. 앞으로 시판될 공기청정기는 특정 물질에 강력한 기능을 발휘하는 필터를 장착할 것으로 보인다. 예컨대 ‘알레르켄 클리어필터’처럼 알레르기 원인물질인 알레르겐을 분해하는 데 탁월한 성능을 보이는 식이다. 이런 식으로 필터가 생산되면 실내공기 오염원을 따져 제품을 구입하는 게 좋다.

신형 광촉매 등장… 먼지와 더불어 살아야

일반적인 공기청정기만 있어도 황사 먼지에 효과적이다. 황사는 중국의 타클라마칸·텡겔·오르도스·고비 등의 사막과 황허(黃河) 유역의 황토고원, 만저우(滿洲) 등 건조지대의 작은 모래나 먼지가 바람을 타고 상층으로 올라가 한반도나 일본으로 이동해 가라앉는 현상을 말한다. 황사는 중국의 공업지대를 통과해 한반도로 이동하기 때문에 아황산가스나 중금속 등의 성분이 섞여 있으며 공기 중에 떠 있는 세균이 묻어와 폐렴이나 기관지염을 일으키기도 한다. 황사 알갱이의 크기는 10∼1천㎛로 다양하지만 한반도로 넘어오는 황사의 크기는 보통 10㎛ 안팎이다. 이 정도의 크기라면 일반적인 미세먼지보다 큰 입자라 할 수 있다. 사실 황사는 헤파필터나 울파 필터를 사용하지 않아도 걸러낼 수 있다.

아무리 공기청정기가 있어도 실내 공기는 오염되게 마련이다. 오염원을 차단하는 지혜를 발휘해야 하는 이유가 여기에 있다. 연소로 인해 부산물을 발생시키는 가스레인지, 포름알데히드의 발생원으로 먼지들의 보금자리 구실을 하는 소파와 카펫·커튼, 미량의 중금속이 나오는 오래된 파이프 등을 세심하게 관리하라는 것이다. 무엇보다 중요한 것은 실내 환기다. 냉·난방기의 보급으로 일상적으로 실내 환기를 하지 않는 경우가 많다. 이는 집안을 미세먼지와 미생물의 안식처로 만드는 것이다. 가정에서도 미생물을 관찰하는 검사 기기를 텔레비전 모니터에 연결해 사용할 수 있다. 지나치게 깔끔하고 청결한 게 좋은 것만은 아니다. 질병에 대한 저항력이 떨어질 수도 있기 때문이다. 실내 공기를 반도체 공장이나 병원의 무균실 수준으로 만들 이유는 없는 셈이다.

[참고자료]
- <과학동아> 2003년 4월호 ‘공기청정기의 허와 실’
- 이미지자료 http://www.ionic-hepa-air-purifier.com/