나노섬유 필터로 건물 환기에서 CO2 잡고 에너지 절약 ^{CEFR B2}

시카고 대학교 Pritzker School of Molecular Engineering의 Po‑Chun Hsu 연구실은 탄소 나노섬유 기반의 직접 공기 포집 필터를 제안하고, 그 실용성을 전과정(life‑cycle) 분석과 실험으로 검증했습니다. 논문은 Science Advances에 실렸고, 제1저자 Ronghui Wu는 연구 당시 Hsu 연구실의 박사후연구원이었습니다.

연구 결과에 따르면 이 필터는 제조·운송·유지관리·폐기 과정에서 발생하는 배출량을 고려해도 이산화탄소 제거 효율이 92%를 넘습니다. 연구팀은 필터가 사용 수명 전체에 걸쳐 자체 배출량보다 더 많은 CO2를 제거하도록 설계했다고 설명했습니다. 실험과 계산을 병행해 건물 환기 설계에 필터를 장착하면 광범위한 탈탄소화 전략의 일부가 될 수 있음을 확인했습니다.

연구는 전 세계적으로 모든 건물의 공기 필터를 이 모델로 교체하면 대기 중에서 최대 596메가톤의 CO2를 제거할 수 있다고 추정했습니다. 연구진은 이를 연간 약 1억3천만 대의 자동차를 도로에서 없애는 것과 같은 효과라고 비유했습니다. 또한 개인 단위의 필터 교체는 난방·냉방 부하를 줄여 에너지 비용 절감으로 이어질 수 있으며, 한 2024년 연구는 최대 약 21.6%의 절감 효과를 보고했습니다.

동작 원리는 실내에서 CO2를 포획해 환기 시스템이 외부 공기를 덜 들여오도록 하는 것입니다. 외부 공기를 덜 들이면 난방·냉방해야 할 공기량이 줄어 HVAC 에너지 소비가 감소합니다. 사용된 소재는 폴리에틸렌이미민 계열의 탄소 나노섬유로, 기존 HEPA 필터보다 재생이 가능하도록 설계되어 여러 번 사용할 수 있습니다. 연구진은 포화된 필터를 지자체가 정기적으로 수거해 중앙 시설에서 CO2를 용해하거나 농축해 저장하거나 화학물질·연료로 전환하는 방식의 운영을 상정했습니다. 이 소재는 태양열 흡수율이 높아 태양열 방식으로 CO2를 방출할 수 있고, Hsu는 재생 과정에 재생 가능 에너지를 사용해야 한다고 강조했습니다. 마지막으로 실내 CO2 수치가 낮아지면 교실과 사무실 등의 공용 공간에서 공기질이 개선되어 주의력과 건강 유지에 도움이 될 수 있습니다.