코로나 바이러스 죽이는 가시광선 10cm 거리 30분만에 99.9% 멸균

지난 9월 한국 공인 연구소 인증 미·일 등은 자외선으로 공간방역

고종관 보건학 박사, 대한암협회 집행이사, 가천대 초빙교수 전 중앙일보 의학전문기자, 전 중앙일보헬스미디어 대표

지난 4월, 도널드 트럼프 미국 대통령은 백악관에서 진행된 코로나19 관련 브리핑에서 엽기적인 발언을 쏟아냈다. “몸에 자외선이나 강력한 빛을 쪼이면…”이라고 가정하면서 “확인되진 않았지만 한번 시험해 볼 수 있지 않겠느냐”라고 제안한 것이다. 살균력이 강한 자외선C(UV-C)를 사용해 코로나19 바이러스를 퇴치할 수 있지 않을까하는 취지의 발언이었다.

이날 언론사 기자들은 자외선C의 유해성을 보도하며, 절대 따라하지말 것 을 당부하는 기사를 쓰느라 진땀을 뺏다.

트럼프 대통령의 발언은 무지가 가져온 해프닝으로 끝났지만 빛을 이용해 공간방역을 연구하는 전문가들에겐 사회적 관심을 끄는 신선한(?) 자극이 됐다. 아이러니하게도 이후 빛을 이용한 공간방역에 대한 연구결과와 다양한 제품들이 봇물처럼 소개됐다.

코로나19 팬더믹이 장기화하면서 다양한 방역 방법이 등장하고는 있다. 하지만 어떤 방식도 빛을 이용한 ‘공간 방역’만큼 뜨거운 테마는 없다. 감염자의 비말에 섞여 부유하거나 바닥에 오염된 바이러스를 빛으로 사멸할 수 있다면 지금과 같이 다중이용 시설의 ‘사회적 거리두기’를 강제할 필요가 없을 것이니 말이다.

그렇다면 빛을 이용한 공간살균이 코로나19 바이러스를 퇴치할 수 있는 ‘게임 체인저’가 될 수 있을까.

빛을 이용한 공간방역의 이점은 한두 가지가 아니다.액상의 화학제품은 에어로졸로 살포해야 하고, 이렇게 되면 화학성분이 생활공간에 떠다니거나 가라앉는다. 바닥에 떨어진 화학성분은 닦아내지 않으면 다시 공기 중으로 비산돼 호흡기로 들어온다. 염소 냄새를 싫어하는 사람에겐 불쾌감을 자아내고, 기관지나 폐가 약한 사람에겐 유해할 수 있다. 게다가 일정시간이 지나면 세균이 다시 번식해 반복 사용해야 한다.

빛을 이용하면 이런 번거로움과 호흡기의 폐해를 줄일 수 있다. 비용도 약 간의 전기료 수준이면 된다. 직진을 하는 빛의 특성상 그늘진 곳은 방역효과가 떨어질 수 있지만, 그렇지 않은 곳에선 한번 설치하면 더 이상 신경 쓰지 않아도 스스로 방역 환경을 유지한다.

양날의 칼, 자외선 UV

공간방역은 빛으로 세균이나 곰팡이를 죽인다는 개념이다. 이중 대부분 자외선의 살균효과를 이용한다. 자외선은 태양광의 스펙트럼에서 가시광선 (400㎚)과 X선(100㎚) 사이의 영역대에 존재하는 빛이다. 여름철 피부화상이나 피부노화를 촉진하고, 심하면 피부암을 일으키기도 한다.

이중 UV-C(100~280㎚)가 UV-A(320~400㎚)나 UV-B(280~320㎚)보다 더 강력한 살균효과를 갖는다. 식품을 비롯한 의약 및 제약, 농업, 상하수도 정화, 반도체 분야에 이르기까지 다양한 분야에서 활용되는 빛이 바로 UV-C다. 빛을 이용한 살균의 역사는 UV-C의 살균작용이 확인된 1901년부터 시작됐다. 하지만 UV-C는 파장이 짧아 지구에 닿기 전 오존층에 모두 흡수된다. 따라서 인위적으로 UV-C를 발생하는 수은램프가 개발된 1950년대까지 일상생활에 응용되지 못했다.

자외선이 살균력을 갖는 것은 빛의 파장이 미생물의 세포, 특히 핵에 광화학반응을 일으키기 때문인 것으로 알려지고 있다. 이렇게 되면 유전정보를 담은 DNA가 깨져 세포분열을 할 수 없고, 결국 증식이 멈추면서 사멸한다. 문제는 UV-C가 양날의 칼이라는 점이다. 살균효과만큼 피부손상 뿐 아니라 심지어 피부암을 유발하고, 눈의 조직을 망가뜨린다.

그럼에도 UV-C는 공간방역 연구의 단골 소재다. 그만큼 살균력을 대체할 만한 빛을 찾지 못해서다.

지금까지 광(光)살균 제품은 미국과 일본이 기술력과 자본력을 바탕으로 연구와 시장을 선도하는 모양새다. 국내는 이제 시작 단계지만 해외와는 다른 기술력으로 존재감을 드러낸다. 외국 선진기술과는 달리 인체에 무해한 가시광선 파장대의 빛이 그것이다

미·일·유럽은 사람 접근 필요 없는 로봇으로 승부

지난 7월 미국의 CNN은 병원을 돌아다니며 멸균하는 로봇을 보도했다. 덴마크의 블루오션로보틱스라는 회사에서 개발한 이 로봇은 자외선을 장착하고 병원 곳곳을 돌아다닌다. CEO인 클라우스 라이저는 “10분이면 코로나19 바이러스를 99.99% 사멸시킨다”며 “사무실이나 공항과 같은 넓은 곳에서 응용이 가능하다”고 소개했다.

그로부터 몇 달 뒤인 10월, 일본의 벤처기업인 팜로이드와 이화학연구소가 살균력이 강한 자외선 조사 로봇을 개발했다고 발표했다. ‘UV부스터’라는 이름의 이 로봇은 고출력 램프를 수직방향으로 7개, 바닥에 1개를 설치해 공간을 이동한다. 원격으로 조정해 원하는 장소에 투입하면, UV-C를 발사해 벽이나 바닥의 바이러스를 사멸시킨다. UV-C의 부작용을 우려해 사람이 접근 하면 센서가 작동해 램프가 자동으로 꺼지도록 설계 됐다.

최근 실증실험에서 이 로봇은 램프로부터 30㎝ 떨어진 거리에서 코로나19 바이러스를 5초에 94.4%, 15초에 99.9%를 불활성화시켰다. 현재 일부 병원 에서 검증을 위한 가동에 들어갔다.

이보다 앞선 6월, 일본의 코멧이라는 조명회사는 ‘클리어 펄스’라는 제품을 선보였다. 점멸방식의 스트로버 기술을 이용해 강력한 자외선을 발생시킨다는 점이 다르다. 현재 의료분야 또는 식품용기 살균에 사용되는 이 기술은 A형 인플루엔자 바이러스 불활성실험에서 4회 발광에 92.8%, 16회 발광에선 99.99%의 살균효과를 증명했다.

이 제품이 플래시 방식으로 인체의 피해를 ‘클리어’했다고는 하지만 UV-C의 한계를 벗어날 수는 없다.

인체에 무해하다는 UV-C 살균기도 개발됐다. 일본 고베 대학 연구팀이 개발한 이 살균기 자외선의 파장은 기존에 가장 흔히 사용하는 265㎚와는 다른 222㎚다. 연구팀은 이 살균기를 실험쥐의 눈과 20명의 사람 피부(500mJ/㎠)를 대상으로 안전성 실험을 한 결과, 각막 손상이나 백내장, 급성 홍반 같은 부작용이 없는 것으로 나타났다. 연구팀은 이 기술을 감염이 의심되는 외래 환자의 간이격리실이나 외과수술시 감염을 줄이는데 활용할 계획이다.

일본에서 발표된 또 하나의 기술은 광촉매를 이용했다. 제균기와 탈취기를 만드는 칼텍이 개발, 일본대학 의학부와 공동으로 유효성을 검증해 지난 10월 발표했다. 광촉매는 빛을 쪼이면 화학반응을 일으키는 물질이다. 촉매제로는 값싸고 성능이 좋은 산화티타늄(TiO2)을 이용한다.

칼텍은 가시광선 LED에 반응하는 산화티타늄을 입힌 필터를 공기와 접촉 하도록 했다. 이렇게 하면 공기 중의 바이러스나 세균 또는 악취 성분이 필터 와 만나 물과 이산화탄소로 분해된다. 분해력을 높이는 코팅기술과 더 많은 공기를 접촉토록 해 반응효율을 높인 것이 기술의 요체다.

기술진은 코로나바이러스에 대한 유효성을 확인하기 위해 3㎝ 떨어진 실험 용구에 바이러스액 2㎖ 떨어뜨리고 광촉매반응을 살폈다. 그 결과, 90분 조사에서 99.9%, 120분에 검출 한계 이하까지 바이러스가 불활성화하는 것을 확인했다.

공기 중에 부유하는 바이러스 사멸효과도 검증했다. 120L(60×40×50㎝)의 밀폐형 공간에 에어로졸화한 코로나 바이러스를 분무한 뒤 광촉매를 탑재한 제균 탈취기를 가동시켰다. 여기서도 가동시간 13분 만에 바이러스가 99% 불활성화했다.

한국은 인체 무해한 405㎚ 가시광선으로 도전

국내에선 405㎚의 가시광선을 이용한 살균제품으로 공간방역 시장을 공략하고 있다. 400㎚의 자외선 파장대를 벗어나 인체에 안전한 것이 특징이다. 가시광선의 영역이므로 자외선과는 다른 원리로 살균한다. 세균의 대사산물인 포피린(porphyrin)이 가시광선을 만나 광합성을 일으키며 세포를 파괴한다는 원리다. 가정에서 햇빛에 이불을 널어놓는 일광소독은 바로 이 같은 포피린 반응분해를 이용한 것이다.

광융합 전문 회사인 썬웨이브(대표 이창원·53)는 2013년 405㎚ 가시광선에 적외선을 융합한 살균 및 탈취광원을 처음으로 개발해 상용화했다. 그리고 2014년 살균·항균 및 초파리 퇴치용으로 국내 특허를 받았다. 적외선은 온열작용을 해 습한 곳에서 기생하는 곰팡이까지 한꺼번에 퇴치한다.

올 9월에는 코로나바이러스 유효성 평가를 위한 한국화학융합시험연구원의 항바이러스 시험을 통과했다. 국가공인기관의 인증을 받은 것은 이 회사 제품이 처음이다.

코로나 바이러스를 99.99% 사멸시키는데 걸리는 시간은 조사거리 20㎜에 선 1분, 100㎜에선 30분이 걸렸다. 하지만 1000㎜에선 50시간이 소요돼 시간이 지날수록 살균력은 떨어졌다.

이에 대해 썬웨이브 관계자는 “실험은 출력 143mW/㎠의 소자 하나를 가지고 실험한 것”이라며 “보통 광원엔 200개가 넘는 소자가 들어가므로 출력이 높아지면 넓고 먼 거리까지 살균이 가능하다”고 말했다

후발주자인 LG이노텍과 싸이큐어의 제품도 405㎚ 가시광선을 쓴다. 이 제품들도 민간기관 검사 결과, 10~30㎜ 거리에서 20여 시간동안 99.9%의 사멸효과가 있는 것으로 알려졌다. 국내의 가시광선을 이용한 공간방역 기술이일본 제품보다 우수하다고 평가되는 것은 안전성과 효율성 때문이다.

일본이나 미국, 유럽에서 개발한 UV-C 제품은 살균력은 뛰어나지만 인체에 유해하다. 따라서 사람이 접근하면 작동을 멈추게 하거나, 밀폐된 공간에서만 사용한다. 우리나라에도 밀폐된 공간에서 사용하는 UV-C 제품(예를 들어 전자렌지)이 상당수 나와 있다. UV-C는 거리가 멀어지면 살균력이 떨어지는 단점도 있다. 광촉매 기술 역시 반응속도가 느려 살균시간이 오래 걸리는 단점이 있다. 특히 유기물 분해 시 발생하는 중간생성물은 인체에 유해할 수 있다.

이에 반해 405㎚ 파장의 가시광선은 인체에 무해하면서도 빛 투과력이 높다. UV-C의 경우 30㎝ 이내에서만 효과적이지만 405㎚ 파장의 가시광선은 에너지를 높이면 원거리 살균도 가능하다. 넓은 공간에서 조명처럼 상시로 켜두면 지속적으로 위생환경을 유지할 수 있는 것이다. 세계적으로 공간 방역 시장은 이제 기지개를 켜고 있는 모습이다. 코로나19 사태가 장기화되고, 바이러스에 대한 공포가 계속되면서 공중시설에 설치를 요구하는 주문이 늘고 있다.

대표적인 장소가 고속도로 휴게소와 병원, 장례식장, 코인노래방, 고객대기실 등이다. 특히 원내감염 가능성이 높은 병원이나 요양시설, 곰팡이 냄새에 시달리는 지하시설 등이 새로운 수요처다.

썬웨이브의 바이러스 퇴치 발열 제품인 해그루는 일본 최대 체인병원인 일본생명병원과 리봄병원 등에 납품할 정도로 국제경쟁력을 갖추고 있다. 하지만 국내에선 공간방역 실험을 할 챔버시설이 없어 효과검증을 위한 실험조차 하지 못하고 있는 것이 현실이다.

썬웨이브의 이창원 대표는 “일본은 내년 올림픽을 앞두고 공간방역 제품의 실용화를 적극 추진하고 있다”며 “국내기술이 글로벌 시장을 선점하기 위해 선 지금이 기술투자의 적기”라고 말했다. 코로나19 진단분야에서 K-메디의 능력을 보여준 대한민국이 공간방역 분야에서도 세계에 제대로 된 솔루션을 보여줄지 관심사다.

빛을 융합해 베트남에 팔다 열대 과일 조기개화 기술로 대박

이창원 사장(왼쪽)이 고종관 객원 편집위원과 인터뷰를 하고 있다.

고종관 본지 편집위원의 이창원 썬웨이브 대표 인터뷰

interviewer 고종관 본지 편집위원
photographer 김주한 디자이너

토머스 에디슨이 필라멘트 전구를 발명해 인류의 생활 근간을 바꿔놓았다면, 뢴트겐은 X선으로 진단기술의 혁명을 이끌어냈다. 1962년 발광 다이오드(LED)를 발명한 닉 홀로니악은 또 어떤가. 에너지의 효율 뿐 아니라 수많은 전자 제품의 혁신을 이끌어내지 않았던가. 새로운 기능의 빛을 발명해 인류사를 바꿔놓은 사례는 수없이 많다.

광융합 전문기업 썬웨이브의 회사 소개서에는 흥미로운 문구가 눈길을 끈다. 이 회사가 개발한 기술마다 ‘세상에 없던…’이란 표현을 썼다. 과거에 없던 빛을 만들어 인류의 삶에 기여하겠다는 포부와 의지의 표현이다.

썬웨이브 이창원 대표는 고집스럽게 빛에 매달려 외길인생을 살아왔다. 힘들면 쉬어가거나 우회해도 될 만한 상황에서도 우직하게 빛처럼 직진한다. 1990년 KAIST 1회로 졸업한 이창원 대표는 현대전자에 입사해 빛과 인연을 맺었다. 당시 연구소에서 맡은 업무가 광통신에 쓰이는 레이저 다이오드다.

하지만 몇 년 뒤 지인이 운영하는 원적외선 개발회사로 자리를 옮긴 것이 패착이었다. 개발업무를 총괄하면서 꿈을 펼쳤지만 회사 부도로 무참히 나락에떨어졌다. 이후 대기오염물질을 제거하는 광촉매 개발 등 몇 번의 창업과 기술개발에 성공했다. 그럼에도 세상은 그리 호락호락하지 않았다. 자금난과 기술을 인정해주지 않는 현실에 부닥쳐 벤처의 운명인 데스밸리(Death Velley) 의 극한상황까지 내몰리기도 했다.

다행히 2000년 LED 시장이 열리면서 그에게도 기회가 찾아왔다. 월드컵 서울 개최와 정부의 녹색성장 전략에 힘입어 LED가 날개 돋친 듯 팔려나갔다. 새로 취업한 회사에서 2년 만에 연 200억원의 영업매출을 달성한 그는 이를 기반으로 2004년 법인을 설립했다.

하지만 복병은 다시 나타났다. 중국이 저가 상품으로 LED시장을 잠식하자 회사의 영업이익이 반토막 난 것이다. 매출은 지지부진했지만 오히려 그는 자신감에 넘쳤다. 성공과 실패를 거듭하며 쌓아온 노하우와 열정이라는 파이프라인이 있기 때문에 가능했다. 회사가 개발한 ‘세상에 없는 빛’은 수두룩하다. 생활공간 살균용부터 시작해 작물재배용, 헬스케어용까지 하나하나가 글로벌로 성장할 수 있는 아이템 들이다.

‘공간방역 코로나 살균기’ 등 기술 특허 다수

-그동안 세계 최초라고 생각한 기술을 많이 개발했는데 독자적인 기술로는 어떤 것 이 있나.

“2008년 태풍에도 견디는 ‘커버 없는 LED 가로등’을 개발해 중국 가오시에 설치하는데 성공했다. 하지만 중국이 공급가를 후려쳐 포기했다. 이듬해엔 수압에 견디는 해수양식용 LED를 개발했다. 고기의 육질을 개선하고, 수질을 좋게 하는 효과가 있어 노르웨이와 통영 양식장에 설치해 좋은 평가를 받았다. 하지만 수요자가 적극적이질 않아 생산을 접었다. 이후 의욕적으로 시작한 사업이 ‘공간 노출형 살균기’다. 세균 뿐 아니라 곰팡이까지 박멸하는 광융합제품으로 2010년 시작했다. 이 기술 또한 세계 최 초다.

스즈키 오토바이 계기판에 들어가는 LED 블루를 개발해 2019년부터 상용 화하기도 했다. 수명이 길고, 친환경 제품이라 유럽에서 인정을 받았다. 300 만개를 주문받아 생산했지만 중간 납품업자 농간으로 중단 상태다. 현재 소송 중이다.

– 열대과일인 ‘용과’의 꽃을 피우는 ‘개화등’은 언제 개발했나.

“8년 동안 수없이 시행착오를 거치다 지난해 완성했다. 용과는 전 세계 생산량의 70%가 베트남에서 생산되는데 우리 개화등이 최고품질을 인정받아 비투안성을 중심으로 판매가 확산되고 있다. 전력소모량은 적으면서, 개화율을 높여 베트남 농부들에게 인기가 높다. 개화율이 높다는 것은 생산량이 증가한다는 뜻이다.”

– 구입량이 꽤 될 것 같다.

“2019년부터 조금씩 들어오다 점차 늘어나 지난달엔 4만개를 주문받았 다. 재배 면적으로 보면 1억개가 소요될 것으로 추정돼 앞으로 주문량이 계속 늘 것으로 생각한다.

– 역시 독자적인 기술인가.

“그렇다. 적외선과 적색광, 청색광을 조합(광융합)한 것이다. 중국과 베트남 등에서 짝퉁이 나왔지만 개화율에서 크게 뒤져 실패했다. 앞으로는 국화의 개화, 귤의 당도를 높이는데도 빛을 이용해보려고 한다.”

– 그동안 연구·개발비에 꽤 많은 돈을 썼을텐데.

3년짜리 국가연구 과제 3개를 받았다. 정부가 지원하는 연구비 25억을 포함해 50억원 이상을 R&D비용으로 쓴 것 같다. 매출이 적은 중소기업에선 쉽지 않은 결정이다.”

– 공간살균 제품 분야에서도 썬웨이브가 기술 우위에 있다고 할 수 있나.

“405㎚ 가시광선을 사용해 인체에 무해하다는 점이 최대 경쟁력이다. 보통 외국의 살균 제품들은 인체에 유해한 자외선C 즉, UV-C를 쓴다. 또 405㎚ 가시광선은 빛의 손실 없이 멀리까지 도달할 수 있다는 장점도 있다. 이뿐 아니라 활성산소 생성 반응이 다른 어떤 제품도 쫒아올 수 없다. 405㎚ 파장의 빛에 적외선을 붙인 우리만의 특허기술은 곰팡이까지 사멸할 수 있다. 최적의 공간방역 수단으로 손색이 없다.”

– 공간방역 분야에서 우리나라의 기술 수준을 평가한다면?

“중요성을 인식하지 못해 그동안 기술 투자를 거의 하지 않았다. 기초학문이 부족하다보니 응용기술도 부족하다. 이에 반해 일본은 산학협력이 잘 돼있고, 빛에 관련한 학문적 기초가 단단하다. 2014년 일본학자 3명이 청색 LED를 개발한 공로로 노벨상을 받지 않았나. 우리나라 기업들은 개발은 외면하고, 기술을 베끼는 데 열심이다. 작은 기업의 기술을 대기업에서 모방해 제품을 생산하니 시장에서 살아남기 쉽지 않다.”

“아토피,욕창,무좀 등 곰팡이균을 빛으로 제거한다”

– 썬웨이브 제품의 시장 반응은 어떤가.

“회사의 규모가 작고, 브랜드를 관리하지 못해 기술이 저평가되는 경우가 많다. 후발주자가 오히려 마케팅을 잘해 앞선 품목도 많다.”

– 회사의 미래 비전은.

“기술력을 내세워 다른 기업들이 가지 않는 길을 가려고 한다. 코로나19 이후 우리나라 진단기가 세계시장을 석권한 것처럼 공간방역 분야에서 K-솔루션을 제시하고 싶다.

그동안 쌓은 기술로 헬스케어 제품을 개발해 의료기기 회사로 성장해 나갈 계획도 있다. 이미 축농증이나 중이염에 대해 빛의 치료 효과를 입증했다. 아토피나 욕창, 두피, 무좀 등 곰팡이균이 원인인 질환 모두 관심있는 연구 영역 이다. 노인이 계시거나, 반려견을 기르는 가정의 냄새를 없애는 데도 빛은 탁월한 효과가 있다. 최근에는 한국오츠카로부터 제안이 와서 심폐기능 측정기에 들어가는 살균장치 개발을 논의하고 있다. 앞으로는 제품력만큼 브랜드 관리와 마케팅, 기업 가치를 높이는 경영전략 을 펼쳐 글로벌 기업으로 나아가려고 한다.”

– 정부에 바라는 것은.

“빛을 이용한 상품시장은 무궁무진하다. 생활방역서부터 헬스케어, 정수기나 에어컨 등 B to B 시장, 의료 및 제약, 식품산업, 수처리 등 안 쓰이는 곳이 없다. 정부가 이런 중요성을 인식해 과감히 지원하고, 규제의 벽을 낮춰야 한다. 또 중소기업은 연구인력을 구하기 쉽지 않다. 산학구조 또는 정부 주도의 연구인력 인프라를 구축해주는 것이 필요하다.”

– 이창원 · 고종관과의 인터뷰

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