‘맨해튼 프로젝트’서 ‘블루스카이 6000’까지… 공기청정기 역사 돌아보니

“저 굴뚝에서 연기가 쏟아져나올 때마다 내 기침이 심해지고 있어. 공장을 멀리 옮겨야 해!”

말년에 심한 천식으로 고통 받았던 빅토리아(Victoria, 1819~1901) 영국 여왕. 그가 살던 버킹엄 궁전 바로 옆엔 커다란 모직공장이 있었다. 여왕은 자신의 기침이 이 공장(에서 나오는 연기) 때문인 것 같다고 말하곤 했다. 하지만 계속된 불평에도 여왕이 살아있을 때 공장은 옮겨지지 않았다.

공기청정기의 시초는 소방관용 가스 마스크?

19세기에도 요즘처럼 환경에 대한 인식이 일상 곳곳에 스며들었더라면 여왕의 불평은 단지 불평에 그치지 않았을 터. 하지만 당시만 해도 ‘기침과 공장에서 나오는 연기 간 역학관계’가 뚜렷이 규명되지 않았다. 만약 그때 궁전에 공기청정기가 있었다면 여왕은 좀 더 건강하게 호흡할 수 있지 않았을까?

(출처: 위키피디아)

실제로 공기청정기 개발의 역사는 빅토리아 여왕 집권기인 제1차 산업혁명 당시 시작됐다. 1차 산업혁명은 “인류의 과학기술 수준을 확 올려놓았다”는 호평과 “대기∙수질 오염과 폐기물 생성 등 환경 문제 유발의 주범”이란 비난을 동시에 받았다.

당시 공장은 오늘날처럼 (정책적 판단에 기반해) 특정 지역에 모여있지 않았다. 원료 공급이 수월한, 혹은 사람이 많이 거주하는 곳에 불규칙하게 들어선 게 일반적이었다. 자연히 런던처럼 ‘교통 요지인데다 노동 인구도 많은’ 도시엔 크고 작은 공장이 마구잡이로 들어섰다. 이 시기 에너지원은 대부분 석탄이었기 때문에 (빅토리아 여왕처럼) 공장 가까이 사는 사람은 시커먼 석탄 그을음과 아황산가스, 기타 기체 폐기물 공해에서 자유로울 날이 없었다.

하지만 공기청정기 개발의 시발점이 여왕의, 혹은 런던 시민의 환경의식이었던 건 아니다. 근대 런던 같은 대도시에선 인구와 기반 시설이 기하급수적으로 늘며 ‘닥치는 대로 집 짓고 도로 내는’ 난개발이 판을 쳤다. 게다가 당시 사람들은 집 안에 벽난로를 설치하고도 석탄을 땠기 때문에 걸핏하면 화재가 발생했다. 소방차 같은 진화 장비도 변변히 없었기 때문에 화재 진압을 위해 불길로 뛰어드는 건 고스란히 사람의 몫이었다. 초창기 공기청정기가 ‘소방관용 가스 마스크’ 개발 기술에서 착안된 건 바로 그 때문이었다.

헤파 필터, ‘죽음의 재’에서 인간을 보호하다

현대 과학기술이 ‘공기 정화’ 부문에 본격적으로 눈뜬 계기는 일명 ‘맨해튼 프로젝트(Manhattan Project)’였다. 맨해튼 프로젝트는 1940년대 미국 주도로 시도됐던 원자폭탄 개발 계획의 다른 이름. 제1차 세계대전(1914~1918) 직후 미국과 일본, 유럽 열강은 앞다퉈 군비 경쟁에 열을 올리고 있었다. 특히 전쟁을 치르며 일약 세계의 정치적∙경제적 주축으로 떠오른 미국은 소모적 군비 경쟁을 단번에 끝낼 수 있는 ‘초강력 무기’의 필요성을 절감했다. 원자폭탄 개발이 논의되기 시작한 배경이다.

이 같은 움직임은 이내 만만찮은 반론에 부딪쳤다. 원자폭탄을 쓰게 되면 ‘죽음의 재’로 불리던 방사능 분진 확산이 불가피한 게 문제였다. 당장 우라늄 같은 방사성 물질 취급 공장에서 일하는 것 자체가 기피됐다. 이와 함께 관련 작업장에선 ‘대단히 엄격한 수준의 공기 정화 필요성’이 제기됐다. 이 과정에서 개발되기 시작한 게 바로 ‘헤파(HEPA) 필터’다.

헤파는 ‘고효율 분진 공기(High Efficiency Particulate Air)’란 뜻의 영어 표현을 머리글자만 딴 것. 헤파 필터란 쉽게 말해 주름 잡힌 종이 모양 필터를 여러 겹 겹쳐 그곳으로 실내 공기가 통과하게 하는 정화 시스템을 일컫는다.

하지만 형태만 그럴듯하게 갖췄다고 전부 다 헤파 필터가 되는 건 아니다. 헤파 필터란 명칭을 부여 받으려면 미국에너지부(Department Of Energy, DOE)가 규정한 미세 분진 제거 효율 기준에 부합돼야 한다. 약 0.3마이크로미터(㎛), 즉 머리카락 한 가닥 두께(60㎛)의 200분의 1만 한 미세 분진까지 99% 이상 제거해야 한다. △극(極)미세 분진 △꽃가루 △동물의 미세한 각질이나 털 조각 △곰팡이∙박테리아 같은 미생물까지 거의 완벽하게 제거되는 수준이다.

헤파 필터는 이후 소재와 구조가 지속적으로 업그레이드되면서 ‘효율적 공기 정화 시스템’의 대명사로 자리 잡았다. 응용 분야도 △의료 시설 △실험실 △항공기·차량 실내 △공장 등으로 점차 확대됐다. 특히 아주 미세한 금속 가공 공정을 거쳐 집적(Integrated Circuit, IC) 회로를 만들어내야 하는 반도체 산업에서 헤파 필터 같은 초정밀 필터링 시스템의 존재감은 확고했다. 이처럼 초기 공기 정화 장치는 일반 주택이나 사무실에서보다 (특별히 깨끗한 공기를 유지해야 할 필요가 있는) 산업적 용도로 먼저 개발됐다.

1955년, 미국에서 대기오염통제법(Air Pollution Control Act)이 제정됐다. 이 법은 날로 악화돼가는 대도시의 대기 질에 관한 인식을 대중화하는 데 기여했다. 이후 1963년 독일 함메스 형제(Klaus & Manfred Hammes)는 공기 필터링 시스템 소형화에 성공했다. 공기청정기가 일반 가정으로 진입하는 계기도 이때 마련됐다.

국내 시장 20년 전 형성… ‘미션’ 점차 늘어

전 지구적으로 환경 의식 수준이 껑충 뛰었던 1990년대 초, 환경 기술이 앞섰던 일부 국가를 중심으로 다양한 유형의 가정용 공기청정기가 개발되기 시작했다. 그중 일부는 국내에도 수입됐다.

이 시기, 공기청정기의 실제 구매 수요는 유학이나 파견 근무 등으로 선진국에서 생활하다 온 소비자를 중심으로 발생했다. 이들 대부분은 미세먼지가 많은 한국 대기 환경을 상대적으로 뚜렷이 인식했고 자신의 건강을 위해 공기청정기 비용을 기꺼이 지불할 용의가 있었다. 특히 1991년 일명 ‘낙동강페놀오염사건’[1]을 겪으며 환경 문제 전반에 대한 한국인의 관심은 부쩍 높아졌다. 세계적으로 악명 높은 우리나라 대기 질 문제가 사람들의 인식에 새겨지기 시작한 것이다.

1990년대를 지나오며 환경 문제는 지속적으로 매스미디어의 주요 화두 중 하나가 됐다. 전반적 삶의 질이 높아지면서 ‘건강 관리’ 개념도 폭넓게 자리 잡았다. 특히 ‘봄철 불청객’ 황사가 정신적·육체적 건강에 미치는 영향이 초미의 관심사로 떠올랐다.

서울 등 대도시를 중심으로 아파트 주거 비율이 크게 늘어난 1990년대 후반 이후부턴 일명 ‘새집증후군’의 대표적 증상인 아토피가 어린아이 둔 집의 골칫거리로 등극(?)했다. 비단 새 집이 아니라 해도 실내 오염 문제에 대한 인식은 점차 높아졌고, 이 같은 흐름 속에 실내 공기 정화 요령을 강구하는 사람 수도 급증했다. 일부는 공기 정화 효과가 높은 걸로 알려진 관엽식물에 눈길을 줬지만 역시 관심의 초점은 ‘성능 좋은 공기청정기’였다.

2000년대에 접어들며 국내에서도 다양한 유형의 공기청정기가 개발, 수입됐다. 일반적으로 가정용 공기청정기는 △필터식 △음이온식 △공기 세척식 △전기 집진식 등 네 가지 원리 중 하나 혹은 그 이상이 결합된 형태로 작동한다. 각각의 방식엔 일장일단(一長一短)이 있지만 ‘공기 속에 떠다니며 인체에 나쁜 영향을 끼칠 수 있는 물질을 아주 미세한 수준까지 제거한다’는 목적에 부합하는 건 이중 필터식과 전기 집진식이다. 미세먼지 제거 성능에 관한 한 두 방식이 음이온식이나 공기 세척식에 비해 월등히 뛰어나기 때문이다.

2000년대 초반, 급격한 기후 변화로 한반도 여름 날씨 유형이 두드러지게 바뀌기 시작했다. 공기청정기 성능에 변화가 나타난 것도 이 즈음부터였다. 이전보다 훨씬 더 덥고 습한 날씨가 잦아지면서 제습 기능을 포함한 에어컨 수요가 급증했다. 동시에 실내 대기 중 습기만 제거하는 제습기 관련 수요도 생겨났다.

사실 실내 습기는 ‘무조건 제거해야 하는’ 대상이 아니다. 난방 효율이 높고 밀폐성이 강화된 요즘 실내 공간에선 오히려 피부 건조증이 새로운 문제로 부상하는 중이다. 이 때문에 “실내 공기 관리 시 습도는 60% 내외로 유지하는 게 건강 관리에 적합하다”는 의견도 일부 제기된다. 이에 따라 오늘날 공기청정기는 ‘실내 공기의 종합적 관리’란 난제를 부여 받기에 이르렀다.

삼성, 공기청정기에 ‘에어케어’ 개념 입히다

삼성전자는 지난 2003년 ‘삼성공기청정기’를 출시한 이래 한국인이 깨끗한 공기를 마시며 살 수 있도록 꾸준히 노력해왔다. 아울러 그간의 제품 개발·생산·소비 과정을 ‘사회 환경 변화’의 맥락에서 꼼꼼히 모니터링해왔다. 그 결과 도달한 콘셉트는 일명 ‘에어케어(air care)’. 다시 말해 ‘공기 자체를 관리한다’는 개념이었다.

따지고 보면 정말 그렇다. 불가피하게 인간이 접하는 대기 환경, 그리고 그게 실내로 들어와 누적되며 일으키는 문제를 현명하게 극복하려면 실내 대기 속 모든 유해 요인을 제거한 (깨끗한) 공기를 제공하는 게 급선무다. 그 과정에서 추가 유해 요인 발생을 억제하고 적절한 습도 유지 메커니즘을 갖추는 것도 중요하다. 즉 총체적으로 볼 때 공기는 ‘인간을 비롯한 생명체 모두가 살기에 적합하도록’ 만들어져야 한다.

에어케어형 공기청정기 설계 시 단순히 공기에서 뭔가를 빼고 더하는 기능만 갖춰선 곤란하다. 인간이 몸 담고 사는 공기를 말 그대로 ‘종합 관리(total care)’ 해야 한다. 그런데 그 모든 걸 다 제대로 담고 있는지 어떻게 확인할 수 있을까? 답은 의외로 간단하다. 장기간 사용했을 때 호흡기 상태가 호전됐다면 좋은 에어케어 제품이라고 볼 수 있을 테니 말이다.

▲삼성전자와 스탠포드대학교 의료진은 지난 2015년 4월부터 12주간 공기청정기 사용이 호흡기 질환과 실내 공기 질 개선에 미치는 영향을 연구, 그 결과를 발표했다 

삼성전자 공기청정기 ‘블루스카이’ 시리즈는 바로 그런 측면에서 주목할 만한 제품이다. 지난 2014년 블루스카이 개발진은 미국 스탠포드대학교 의료진과 손잡고 한 가지 실험을 진행했다. 호흡기 질환이 있는 미국 어린이를 대상으로 12주간 블루스카이를 사용, 건강 상태를 점검한 것. 그 결과, 블루스카이를 지속적으로 사용한 집단의 폐활량이 그렇지 않은 집단의 폐활량에 비해 두 배 이상 개선됐다. 호흡기가 약해 야외 활동 자체가 불가능했던 어린이의 증세가 12주 후 야외 운동을 즐길 정도로 호전됐고, 블루스카이 설치 가정 실내의 발암·독소 물질량과 미세먼지 유입량도 현저하게 줄었다. 이 같은 실험 결과는 영국 의학 전문 저널 ‘천식학회지(Journal of Asthma)’와 과학기술 전문 저널 ‘에어로졸 과학기술학회지(Aerosol Science and Technology)’에 각각 게재됐다.

지난 2014년 첫선을 보인 블루스카이는 초미세먼지와 나노 입자(약 0.3㎛ 크기)까지 99% 걸러주는 청정 능력으로 국내 공기청정기 시장에 돌풍을 일으킨 제품이다. 지난 1월엔 기본 청정 기능에 가습 기능까지 더해진 ‘블루스카이 6000’ 모델이 출시되기도 했다. 블루스카이 6000은 (그간 소비자가 “쾌적한 실내 환경 조성에 반드시 필요하다”고 여겨온) 청정∙가습 기능을 동시에 제공하면서도 (역시 소비자가 가장 불만스럽게 생각했던) 가습기 위생 관리 문제를 말끔히 해결, 국내 소비자에게 호평 받고 있다. 국내 공기청정기 중 유일하게 물을 계속 순환시키는 구조로 돼 있어 물때·세균·미생물 등 오염 발생 원인인 ‘고인 물’ 문제를 없앤 것도 주목할 만하다. 전기 분해 청정수를 이용, 자연 기화하는 방식을 적용해 위생적 관리를 가능케 한 점이나 ‘스마트홈’ 기능 탑재로 스마트폰을 통해 실내∙외 어디서든 기기 조작을 편리하게 한 점도 눈에 띈다. 

※ 먼지 제거 성능은 흡입된 공기에 한하며, 국가공인 기관으로부터 성능 검증 (챔버 크기 : 30㎡)

‘인체 친화적이며 사용하기 쉬운’ 솔루션 향해

익히 알려진 것처럼 ‘케어(care)’는 ‘돌보다’란 뜻의 영단어다. 어떤 대상이든 정성을 다해 돌보면 상태가 좋아질 수밖에 없다. 또 하나, 돌보는 행위가 오래 지속되려면 일단 번거롭지 않아야 한다.

요컨대 21세기 에어케어 제품은 인체 친화적이어야 하는 동시에 이용하기 쉬워야 한다. 제품으로서의 경쟁력을 지니려면 여기에 가격∙디자인∙내구성 등의 요소도 갖출 필요가 있다. 새로운 요소를 유연하게 흡수해내는 역량도 중요하다. 사람들이 공기에 관심 가질수록 새로운 요구 사항이 등장할 테고, 우수한 에어케어 제품이라면 그 각각의 요소가 부여하는 신규 과제에 마침맞은 솔루션을 제공해야 한단 뜻이다.

어쩌면 창조적 솔루션은, 이처럼 부단한 노력과 정교한 기술을 등에 업고서야 비로소 등장하는 건지도 모른다. ‘환경 위기’ 개념이 만연한 21세기 지구에서 현대인이 그나마 자연 숨결에 가까운 대기와 함께하며 살 수 있다면 그 덕분일 것이다.