KISTI의 과학향기

미국의 한 발명가가 개발한 ‘방귀 차단 팬티’가 해외 네티즌 사이에서 화제다. 주변 사람에게 민폐를 끼치는 냄새를 걸러주는 것은 물론이고, 방귀 소리까지 줄여줘 낯 뜨거운 상황을 모면하게 해 인기다. 시도 때도 없이 나오는 방귀 때문에 자신은 물론 주위 사람들에게 피해를 주거나 사업과 관련된 중요한 회의에서 방귀 때문에 낭패를 본 경험을 되풀이 하지 않기 위해서라는 것이 발명가가 밝힌 개발 배경이다.

이 팬티의 비밀은 가스 배출구(?) 부위를 완벽히 감싸주는 특수 필터(Filter)에 있다. 필터를 통과한 방귀는 냄새가 걸러져 방귀를 뀌었다는 사실을 감쪽같이 숨길 수 있다. 이처럼 필터는 먼지나 냄새는 물론이고 곰팡이와 세균까지 걸러 내 공기를 깨끗하게 해준다. 우리 생활 속에 의외로 깊숙이 침투해 있는 필터의 세계로 들어가 보자.

필터가 가장 많이 쓰이는 곳은 미세먼지 제거 분야다. 먼지와 진드기를 흡입하는 진공청소기, 꽃가루 등 알레르기 유발 물질을 걸러내는 공기청정기 등에는 어김없이 먼지 제거 필터가 쓰인다. 요즘은 도색작업 등 먼지가 많이 발생하는 산업장에도 먼지를 제거하는 방독면을 사용하고 있다. 현대 사회에서 필터 없는 생활은 상상할 수 없을 정도다. 거리에서 자동차가 잔고장 없이 씽씽 달릴 수 있는 것도 공기 중의 불순물을 걸러내는 오일 필터 덕택이다.

이런 미세먼지를 제거하는 필터에도 급(級)이 있다. 에어컨이나 주방 후드, 일반 청소기 등에 쓰이는 일반 망 필터는 머리카락이나 큰 먼지를 걸러내는 정도다. 그러나 높은 수준의 공기 청정 효과를 얻으려면 HEPA(High Efficiency Particulate Air) 필터를 사용해야 한다. HEPA필터는 0.3마이크로미터 이상의 미세한 세균이나 먼지도 99.97% 걸러내기 때문에 제약회사나 반도체 공장 등에는 필수품이다. 반도체 공정이 더욱 정밀해지면 이보다 더 가는 0.12마이크로미터 이상의 먼지나 바이러스를 99.999% 제거해야 할 때도 있는데, 여기에는 ULPA(Ultra Low Penetration Air)필터가 사용된다.

사실 필터가 먼지를 제거하는 원리는 단순하다. 미세먼지보다 작은 구멍으로 공기를 통과시키는 것이다. 건식 필터는 유리섬유, 합성수지섬유 등을 가늘게 배치해 그 사이로 공기를 통과시키는 방식을 쓴다. 점착식 필터는 가는 망과 함께 유기용매가 먼지를 빨아들이는 점착력(粘着力)을 빌린다. 공기를 기름 먹인 철망에 통과시키는 것이다. 그냥 공기를 통과시키는 것이 구식처럼 느껴진다면 좀 더 세련되게 먼지를 빨아들일 수도 있다. 정전기를 발생시킨 판에 공기 중의 먼지가 붙게 만드는 전기집진기가 있다.

필터는 먼지 제거뿐만 아니라 화학물질도 걸러낸다. 먼지 제거는 단지 필터의 구멍을 미세하게 만들면 되지만 제거해야 하는 물질이 공기와 비슷한 수준으로 작다면 구멍만으로 해결이 안 된다. 앞서 말한 ‘방귀 차단 팬티’에 쓴 필터는 암모니아를 차단해야 하는데 이런 냄새 분자들의 크기는 공기와 비슷하다. 따라서 냄새나 유해 화학물질을 거르는 필터는 다른 방식을 써야 한다.

방귀 차단 팬티는 방귀냄새인 암모니아 가스를 제거하기 위해 속옷 내부에 활성탄과 유리섬유 재질로 만들어진 필터를 사용했다. 냉장고 속 냄새를 없애기 위해 숯을 넣은 것이라고 생각하면 이해하기 쉽다. 활성탄을 현미경으로 자세히 들여다보면 미세한 구멍들이 무수하게 뚫려있다. 이 때문에 아주 큰 표면적을 갖는데, 이 탄소표면에 가스분자가 충돌하면서 냄새나 공기 중의 화학물질이 제거되는 것이다.

일반적인 냄새 제거에는 자연야자 활성탄, 갈탄이 필터로 사용되지만 화공약품, 가스 냄새, 원자로의 방사능 처리, 화생방전의 독가스 처리 등 용도에 따라 다양한 재질의 필터가 필요해진다. 활성탄소섬유, 활성탄시트, 화학적으로 합성된 제오라이트, 알루미나겔, 실리카켈 등을 대표적인데 오염 물질의 종류와 정도에 따라 다르게 사용된다. 화생방의 종류에 따라 방독면 필터를 바꿔 끼워야 하는 것도 이 때문이다.

극도로 미세한 물층을 여러 겹 만들어 필터로 이용하기도 한다. 지구상의 공기 오염물질이 구름, 안개비, 태풍에 의해 자연적으로 정화되는 것과 같은 이치다. 특히 물에 화약약품을 섞어 수막을 만들면 먼지뿐만 아니라 미생물, 질소산화물, 황산화물 등을 흡수하기도 한다. 이 방식은 설비 규모가 커지고 비용이 많이 든다는 단점이 있지만 산업용으로는 널리 쓰인다. 예를 들어 발전소, 산업체에서 발생하는 질소화합물, 황소화합물과 페놀, 라돈, 포름알데히드 같은 유해 중금속등을 제거하거나 원자력 잠수함에서 이산화탄소를 제거하는 데 사용되는 것이다.

이밖에도 전하를 띄는 전기를 이용하거나 광촉매, 음이온, 오존을 필터로 이용하거나 여러 가지 필터를 복합적으로 사용해 공기 속의 먼지나 유해물질을 잡거나 먼지를 잡아내기도 한다.

잡아내야 하는 대상에 따라 필터도 각양각색으로 달라진다. 따라서 용도에 따라 필터를 잘 선택하는 것이 도움이 된다. 집안 청소를 위해 ULPA-필터를 사용할 필요는 없다는 말이다. 요즘 공기 청정기 업체들이 황사전용, 유아전용, 새집전용, 헌집전용 필터 등 ‘맞춤형 필터’를 제공하는 것도 이 때문이다. 값비싼 돈을 들이지 않더라도 청소기나 에어컨의 필터를 정기적으로 청소하고 교체하는 것만으로도 훨씬 더 신선한 공기를 얻을 수 있다. (글 : 유상연 과학칼럼니스트)