기계연, 달리며 미세먼지 잡는 공기정화 자동차 개발

도로를 달리면서 주변 공기 속 미세먼지를 제거하고 브레이크 마모 먼지까지 발생 지점에서 포집하는 자동차 기술이 개발됐다. 기존 차량의 그릴과 브레이크 주변 공간, 라디에이터 팬 등을 활용해 별도의 대규모 구조 변경과 추가 동력 사용을 줄인 것이 핵심이다.


한국기계연구원은 친환경에너지연구본부 도시환경연구실 한방우 실장 연구팀이 주행 중 유입되는 미세먼지와 브레이크 마모 먼지를 함께 줄이는 공기정화 자동차 기술을 개발했다고 28일 밝혔다.

기술은 그릴형 집진 장치와 캘리퍼형 집진 장치, 주차 중 공기정화를 위한 무선 전력 전송 장치로 구성된다. 연구팀은 카니발과 쏘나타에 장치를 설치해 성능을 검증했다.

주행풍 활용해 초미세먼지 95% 이상 제거
그릴형 집진 장치는 차량 전면 그릴을 통해 들어오는 미세먼지에 전기를 띠게 한 뒤 전기적 힘으로 집진판에 붙여 제거한다.


연구팀은 머리카락보다 가는 탄소섬유를 방전극에 적용해 적은 전류로 미세먼지를 처리하고 오존 발생을 줄였다고 설명했다. 차량이 달릴 때 발생하는 주행풍을 이용하기 때문에 주행 중에는 별도의 고출력 송풍장치가 필요하지 않다.

성능평가 결과 시속 30km에서 초미세먼지(PM2.5)는 95% 이상, 지름 2.5∼10㎛의 미세먼지는 99% 이상 제거됐다. 시속 50km에서도 같은 수준의 제거 성능을 유지했다.

차량 한 대가 정화할 수 있는 공기량은 시간당 약 1천800㎥로 측정됐다. 카니발과 쏘나타 모두 장치를 설치하기 전후의 연비 차이는 1% 이내였다.

무선 전력 공급 설비가 설치된 주차 공간에서는 기존 라디에이터 팬을 가동해 정차 중에도 주변 공기를 정화할 수 있도록 했다.

브레이크 먼지, 별도 팬 없이 발생 지점서 포집

브레이크 마모 먼지는 캘리퍼 뒤쪽에 설치한 집진 장치로 포집한다. 브레이크 패드와 디스크가 마찰할 때 발생한 먼지가 자연스럽게 전기를 띠는 현상을 이용하는 방식이다.

별도의 하전 장치나 흡입용 팬을 사용하지 않고 전기적 힘으로 먼지를 집진판에 붙여 제거한다.


연구팀이 국제표준 자동차 시험 주행방식인 WLTC 조건에서 시험한 결과 차량 한 대가 1km를 주행할 때 브레이크 마모 먼지 22.2mg을 포집했다. 이를 약 450km 주행 기준으로 환산하면 약 10g이다.

기계연은 전기집진 방식과 차량의 기존 공간·부품을 활용해 공기저항과 추가 동력 사용, 구조 변경을 줄였다고 설명했다.

자동차 환경기술은 그동안 엔진 배기가스 저감에 집중됐지만 전기차와 수소차 보급이 늘면서 브레이크와 타이어에서 발생하는 비배기 미세먼지 관리의 중요성이 커지고 있다. 유럽연합의 EURO 7 규제에도 브레이크 입자 배출 기준이 포함됐다.

실차 성능 확인…실도로·장기 내구성 검증 추진

한방우 실장은 “자동차가 이동하면서 도로 주변 미세먼지를 정화하고 브레이크 먼지까지 발생 지점에서 줄일 수 있는 기술”이라며 “기계연 5대 대표브랜드인 AirFive와 연계해 도심 대기질 개선을 위한 활용을 확대하겠다”고 말했다.

이건희 선임연구원은 “차량의 기존 구조와 주행풍을 활용해 추가 동력 사용을 최소화했다”며 “실차 적용을 통해 성능을 확인한 만큼 앞으로 실도로 성능과 장기 내구성을 검증해 기술을 고도화하겠다”고 밝혔다.


이번 연구는 자동차산업핵심기술개발사업의 ‘대기 미세먼지 대응 상호협력형 공기정화 자동차’ 과제 지원을 받아 수행됐다.

연구팀은 관련 성과를 국제학술지 ‘Tribology International’과 ‘Atmosphere’ 등에 게재하고 한국과 미국, 독일 등에 특허를 출원했다.

대기 미세먼지 대응 상호협력형 공기정화 자동차를 개발한 기계연 도시환경연구실 한방우 실장(가운데) 연구팀

기계연 도시환경연구실 한방우 실장이 공기정화 자동차 실도로 운전 성능 평가를 설명하고 있다.