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과제기본정보

천연 유래 물질 적용 미세먼지 및 바이러스 동시 제거 매트릭스 소재 원천기술 개발1년차

사업개요
사업개요에 대한 사업명, 분류코드(기술분류), 과제명, 주관연구기관, 총괄연구 책임자(성명, 소속, 전화번호), 총 연구기간, 당해연도 연구기간 정보제공
사업명 국토교통기술촉진연구사업 과제번호 21CTAP-C163614-01
국가과학표준분류 1순위 에너지·자원 | None | None 적용분야 환경
2순위 에너지·자원 | None | None 실용화대상여부 비실용화
3순위 에너지·자원 | 석유생산시스템 | None 과제유형 기초
과제명 천연 유래 물질 적용 미세먼지 및 바이러스 동시 제거 매트릭스 소재 원천기술 개발
주관연구기관 한국철도기술연구원
총괄연구 책임자 성명 고상원
소속 한국철도기술연구원 직위 선임연구원
전화번호 031-460-5000 FAX 031-460-5814
총 연구기간 2021-04-01 ~ 2022-12-31
당해연도 연구기간 2021-04-01 ~ 2021-12-31

(단위:원)

년도별 정부출연금, 기업부담금, 계 정보제공
년도 정부출연금 기업부담금
현금 현물 소계
1차년도 160,000,000 0 0 0 160,000,000
과제기본정보의 연구개발개요, 최종목표, 연구내용 및 범위 정보제공
연구개발개요 - 미세먼지 제거 매트릭스의 항바이러스 성능 부여를 위한 천연 유래 물질과 기능성 나노물질 적용 설계안에 따른 바이러스 제거율을 평가하고, 매트릭스 최적 적층 구조의
도출로 미세먼지 제거율을 향상함.
- 미세먼지 및 바이러스 동시 제거 매트릭스 시스템은 공기정화장치, 공조장치 등에 활용 가능하며 본 연구에서는 TRL 4 단계 수준의 연구목표 달성을 위하여 철도차량 객실
적용을 위한 최적 필터 시스템을 도출하고 효과예측 분석을 수행하고자 함.
최종목표 ○ 최종목표: 미세먼지 저감효율 95% 이상, 바이러스 제거율 95% 이상의 미세먼지 및 바이러스 동시 제거 매트릭스 소재 적용 필터 시스템 원천기술 확보
- 1차년도 최종목표: 미세먼지 및 바이러스 동시 제거 매트릭스 소재 원천기술 개발 및 연구실 규모에서 기본성능 검증(TRL 3)
- 2차년도 최종목표: 미세먼지 및 바이러스 동시 제거 매트릭스 필터 시스템 적용방안 연구 및 공인시험을 통한 성능검증(TRL 4)
○ 최종 연구개발성과물: 미세먼지 및 바이러스 동시 제거 매트릭스 적용 필터 시스템의 공인성능 검증
연구내용 및 범위 ○ 연구내용
- 미세먼지 제거 매트릭스의 항바이러스 성능 부여를 위한 천연 유래 물질과 기능성 나노물질 적용 설계안에 따른 바이러스 제거율을 평가하고, 매트릭스 최적 적층 구조
의 도출로 미세먼지 제거율을 향상함.
- 천연 유래 물질 중 항균 성능을 가지는 것으로 알려진 극성·이온성 물질의 예로 천연 다당류인 키틴(chitin)의 탈아세틸화물인 키토산(chitosan)을 들 수 있음. 키토산 유
도체는 무해·무독성 특성을 가지며 박테리아 증식 억제에 효과적인 것으로 알려져 있음. 기능성 나노물질의 고정화 기판으로 도입하여 고체 산소, 향균성 금속이온(구리
등)의 고정 안정화로 내구성을 증대시키고, 항균 효과의 시너지 작용을 통한 고성능을 기대할 수 있음.
- 고체 산소(SOP, Solid Oxygen Purifier)는 알칼리 금속 산화물(MxOy) 등으로 구성되며 공기오염물질을 분해하여 산소를 발생시킴. 동시에 과산화수소, 라디칼 등의 활
성종을 생성하여 바이러스를 제거함. 또한 라디칼 활성종은 항균성 금속이온(구리 등)을 활성화하여 바이러스 제거의 상승작용을 유도함.
- 매트릭스 내 항균성 금속이온(구리 등, Mn+)는 박테리아 세포벽에 흡착 후 세포막을 파괴하여 세포 구성물질을 용출시키거나 바이러스 DNA의 구조를 변형시켜 유전자
복제를 방해하여 사멸시킴. SOP와의 상승작용으로 매트릭스 내 첨착 물질 사용량을 최소화하고 바이러스 제거성능을 향상시킬 것으로 고려할 수 있음.
- 미세먼지 제거 기능과 항바이러스 물질의 지지체로서 고분자 소재를 도입하며, 일례로 PET(polyethylene terephthalate), PP(polypropylene), PVDF(polyvinylidene
fluoride), 코튼(cotton) 등을 들 수 있으며 가공방식 및 섬유 사용량에 따라 미세먼지 여과효율 조정이 가능하여 사양 설계에 검토할 수 있음.
- 미세먼지 및 바이러스 동시 제거 매트릭스 시스템은 공기정화장치, 공조장치 등에 활용 가능하며 본 연구에서는 TRL 4 단계 수준의 연구목표 달성을 위하여 철도차량
객실 적용을 위한 최적 필터 시스템을 도출하고 효과예측 분석을 수행하고자 함.
○ 연구범위
- 미세먼지 및 바이러스 동시제거 매트릭스 소재 설계 및 성능평가
· 복합 기능 필터, 항바이러스 기술의 실내공간 적용사례 조사
· 매트릭스 및 필터 소재 선정 및 차압, 미세먼지 제거특성 평가
· 항바이러스 성능 부여를 위한 천연 유래 물질 및 기능성 나노물질 선정 및 매트릭스 첨착 특성 평가
· 천연 유래 물질 및 기능성 나노물질의 적용 매트릭스 바이러스 제거율 평가 및 최적 설계안 도출
· 미세먼지 및 바이러스 동시 제거 매트릭스 적용 필터 시스템 설계안 도출
- 미세먼지 및 바이러스 동시 제거 매트릭스 적용 필터 시스템 적용방안 연구
· 천연 유래 물질 및 기능성 나노물질 적용 매트릭스 소재 내구성 평가
· 미세먼지 및 바이러스 동시 제거 매트릭스 소재 바이러스 제거율 공인시험
· 항바이러스 매트릭스 적용 필터 적층구조에 따른 미세먼지 제거율 평가
· 미세먼지 및 바이러스 동시 제거 매트릭스 적용 필터 시스템 미세먼지 제거율 공인시험
· 철도차량 객실 적용을 위한 최적 필터 시스템 도출 및 효과예측 분석
건설기술연구개발사업 주요내용
건설기술연구개발사업 주요내용의 구분, 연구개발목표, 연구개발 내용 및 방법 정보제공
구분 연구개발목표 연구개발 내용 및 방법
1차년도 미세먼지 및 바이러스 동시 제거 매트릭스 소재 원천기술 개발 및 연구실 규모에서 기본성능 검증(TRL 3) - 복합 기능 필터, 항바이러스 기술 등 실내공간 적용사례 조사
- 매트릭스 및 필터 소재 선정 및 차압, 미세먼지 제거 특성 평가
- 항바이러스 성능 부여를 위한 천연 유래 물질 및 기능성 나노물질 선정 및 매트릭스 첨착 특성평가
- 천연 유래 물질 및 기능성 나노물질 조합에 따른 바이러스 제거율 평가 및 최적 설계안 도출
- 미세먼지 및 바이러스 동시 제거 매트릭스 적용 필터 시스템 설계안 도출
연구성과 기술적 기대성과 - 항바이러스 매트릭스 소재 적용 필터 시스템 개발로 미세먼지와 바이러스의 동시 저감 효율 95% 이상 확보
- 인체 위해성을 최소화하고 내구성이 향상된 항바이러스 소재 설계의 원천기술 확보
사회 경제적 파급효과 - 철도 등 대중교통수단에 적용 시 바이러스 확산에 의한 감염을 최소화하여 후처리 비용 절감
- 감염병 대유행으로 인해 발생하는 수송량 감소와 철도운송산업의 피해 최소화
- 철도차량 객실 등 밀집 실내공간 내 활용 시 미세먼지 제거성능 향상과 바이러스 제거 효과로 이용객의 보건 환경 개선 및 쾌적성 향상 기대
활용방안 ○ 실내공간 내 미세먼지와 바이러스 동시저감 및 2차 오염방지 효과로 대중교통, 병원 및 실내 다중이용 시설 등에 확대 적용
- 신규 도시철도차량에 구축되고 있는 객실 공기질 개선장치 내 필터를 대체하는 활용방안으로 구축비용 절감
○ 철도차량 공기질 개선장치 운영 개선사항 도출 및 객실용 필터 기준 검토에 활용
- 철도차량 기술기준(국토교통부 고시)의 개정 등 미세먼지 저감장치 관련 정책 관련 검토 자료로 활용 가능
핵심어
핵심어의 구분, 핵심어, 핵심어1~핵심어5 정보제공
핵심어 핵심어1 핵심어2 핵심어3 핵심어4 핵심어5
국문 미세먼지 바이러스 집진 항바이러스 소재 철도차량 필터
영문 fine dust virus dust removal antiviral material railway cabin filter
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