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제목 미세먼지는 물론 코로나19도 막는 마스크의 비밀
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미세먼지는 물론 코로나19도 막는 마스크의 비밀


“지~잉”

미세먼지 농도가 위험하니 마스크를 착용하라는 환경부 문자가 왔다. 코로나19로 마스크 품절 사태가 나서, 지금 끼고 있는 것도 엄마가 마트에서 어렵게 구했다고 한다. 미세먼지까지 심하니 마스크는 정말 필수품이 됐다. 누구는 마스크가 없어서 키친타월로 직접 만들어 쓴다고 한다. 찾아보니 모양은 그럴싸한데 과연 효과가 있을까? 내가 쓰고 있는 KF94 마스크는 키친타월 마스크보다 조금 더 촘촘해 보이는 정도인데? 키친타월을 몇 겹 더 싸면 미세먼지 마스크가 되는 건가? 어! 그런데 찾아보니 미세먼지 마스크에 엄청난 과학적 원리가 숨겨져 있다고 한다. 마스크~ 네가 궁금해졌어.





아~주 작은 입자도 못 들어가는 미세먼지 마스크

우리가 위험하게 생각하는 미세먼지 입자는 대략 2~10㎛(마이크로미터)로 황사보다 입자가 작고 황산염, 질산염, 중금속 등 유해물질이 훨씬 많이 포함돼 있다. 사람 머리카락의 평균 굵기가 80㎛(0.08㎜)이니까 얼마나 미세한 거야! 특히 미세먼지는 흡입하면 몸 밖으로 배출되지 않고, 체내로 축적되니까 세계보건기구는 미세먼지를 1급 발암물질로 규정했다고 한다. 


여기서 잠깐 단위 정리 

1㎛(마이크로미터) = 0.001㎜(밀리미터) 


마스크에는 KF라고 쓰여있는데, K는 우리가 너무 잘 아는 Korea, F는 Filter라는 의미다. 즉 국내에서 허가된 마스크란 뜻인데, 뒤에 숫자는 차단율을 나타낸다. 국내법상 보건용 마스크는 KF80, KF94, KF99 세 등급이 있는데 KF80는 0.6㎛ 입자를 80% 차단, KF94는 0.4㎛ 입자를 94% 차단, KF99는 0.4㎛ 입자를 99% 차단한다고 한다. KF99는 구멍 크기가 매우 촘촘해 일상생활에서 사용하기는 어려움이 있다고 한다. 특히 폐 질환 환자는 사용할 때 주의!

코로나19로 인해 보건복지부에서는 KF80 이상 마스크를 권하고 있는데, 이는 호흡 과정의 비말(튀거나 날아올라 흩어지는 물거품들)을 걸어주는 역할을 돕기 위해서다. 우리나라처럼 대중교통을 많이 이용하고 밀집도가 높은 곳에서는 비말로 인한 감염을 조심해야 한다.  



<코로나19 예방을 위한 마스크 선택과 사용법> 

KF80 이상 마스크를 착용해야 하는 경우

- 기침, 재채기, 가래, 콧물 등 호흡기 증상자

- 바이러스 감염증 의심자를 돌보는 자

- 의료기관을 방문하는 자

- 감염 위험이 높은 다중 접촉 직업군 (운전기사, 판매원 등)



고밀도 전기로 만든 마스크  

우리가 쓰는 미세먼지 마스크에는 특수 필터와 섬유가 숨어있다. 일반적 섬유보다 더 가늘고 연사한 나노섬유를 사용해 세밀하게 미세먼지를 걸러준다. 섬유가 직각으로 교차하는 일반 마스크와 달리 특수 필터의 섬유는 얽혀 있어, 그 틈이 비정형적이고 매우 좁다. 이런 섬유가 이중 삼중으로 배치되어 있어 미세먼지가 통과하지 못하고 걸러지게 되는 것이다.



출처: 한국과학기술정보연구원 블로그


하지만 무작위로 얽힌 섬유라도 미세먼지가 들어오는 틈새가 있기 마련이다. 미세먼지 마스크는 여기에다 정전기를 이용한다. 특수섬유에 정전기를 띄게 하여, 호흡을 통해 들어오는 미세먼지를 ‘확!’ 가로채는 것이다. 겨울철 따끔한 통증을 주는 불편한 정전기가, 미세먼지와 바이러스를 막아주는 존재라니! 


정전기는 전하가 흐르지 않고 머물러 있는 상태라고 해서 정(靜)전기라고 하는데, 우리가 콘센트에 꽂아 쓰는 ‘흐르는 전기’는 반대로 움직이는 동(動)전기라고 부른다. 모든 물체는 원자로 구성되어 있는데 이 원자는 원자핵(+)과 전자(-)로 이뤄져 있다. 보통의 물체가 지닌 (+)전하와 (-)전하의 양은 동일한데, (-)전하는 이동이 쉬운 원자로, 다른 물체와 접촉하여 마찰할 경우 상대 물체로 쉽게 옮겨 간다. 이때 전하를 잃은 쪽은 (+)전하가 되고, 전자를 얻은 물체는 (-)전하가 되어 전위차(전압)가 생긴다. 


전위차가 생기면 다시 (+)전하와 (-)전하가 서로 끌어당기는 현상이 일어나게 되는데 미세먼지 마스크는 이 원리를 이용한다. 특수섬유를 정전기를 이용해 부분별로 다른 극성을 띄도록 제작하여, 양극이나 음극 중 하나를 띄고 있는 미세먼지나 비말을 낚아채는 것이다. 


그러고 보니 내가 쓰고 있는 마스크의 설명서에도 이렇게 적혀있다. “고밀도 정전기필터”. 즉, 미세먼지가 호흡을 통해 공기 마찰이 생기면 전위차가 생기고, 그걸 통해 극성을 띤 미세먼지를 끌어당기는 원리이다. 그런데 마스크에 전기를 느낄 수 없는 이유는 무엇일까? 현재는 (+)전자와 (-)전자가 고르게 펴져 있어 전기가 멈춰 있기 때문이다. 



마스크가 재사용이 안 되는 이유

이제 미세먼지 마스크가 재사용이 안 되는 이유는 명확해졌다. 정전기를 방해하기 때문이다. 정전기는 습기에 매우 약하다. 마스크를 착용하면 외부 공기와의 온도 차이로 인해 마스크 뒷면에 호흡에 담긴 수분들이 맺히게 된다. 적은 양의 수분이지만, 필터층에 닿게 되면 필터의 정전기 기능이 저하된다. 빨아 쓰는 것도, 뒤집어쓰는 것도 효과가 없는 이유는 습기가 정전기의 구조를 바꾸어 놓기 때문이다. 



ⓒKERI


전기를 이용한 미세먼지 막기 위한 연구
네덜란드 로테르담에는 미세먼지가 가진 극성을 이용해 공기 중 미세먼지를 제거하는 스모그 프리타워가 세워져 있다. 7m의 높이인 타워 아래에는 정전기장을 발생시키는 코일이 묻혀 있는데, 코일로 인해 극성을 가진 미세먼지가 탑 주위의 땅에 달라붙는 원리라고 한다. 
한국에서는 얼마 전 경기 안양시 평촌 중앙공원에 스모그 프리타워를 세워졌다고 한다. 정전기를 이용한 미세먼지 제거 장치라니! 필터가 없이 친환경적인 장치라 환영할 만하지만 안타깝게도 스모그 프리 타워의 효과는 여전히 제한적이라는 평가를 받고 있다. 타워의 제작사인 로세하르더 쪽의 관계자는 “공기 정화 기능이 있긴 해도 타워 하나 세운다고 공기가 완전히 맑아지기를 기대하는 건 무리”라며 예술과 상징으로 봐달라는 이야기를 하기도 했단다. 하지만 한국전기연구원에서는 대기 중의 미세먼지와 미세먼지를 발생시키는 원인을 제거할 수 있는 전기집진 장치를 여전히 개발하고 있다고 하니 기대해봐도 될 것 같다.  


네덜란드의 스모그프리타워 ⓒENS

미세먼지 마스크의 기능을 살펴보면서, 정전기를 이용한 공기정화 탑들이 계속 연구 발전했으면 좋겠다는 생각이 들었다. 따로 폐기물을 발생시키지 않으니 지구 환경의 지속가능성을 보장해준다는 생각이 든다. 나도 전기에 관심이 많으니까 언젠가 함께 연구하게 될 수도?! 
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