포스텍 연구진, 물부족 지역에 희망쐈다…태양광+전기 이용해 정화 기술 개발

유지비용 거의 없으면서도 정수 효과는 탁월

포스텍 임근배 교수.

포스텍 박사과정 최운재 씨.

포스텍(포항공대) 기계공학과 임근배 교수, 박사과정 최운재 씨 연구팀은 '태양광'과 '전기'를 이용해 미세플라스틱을 비롯한 초미세 입자를 효율적으로 제거, 오염된 물을 정화하는 기술을 처음으로 개발했다.

복잡한 장비와 고압 펌프가 없어도 구현할 수 있는 이 기술은 물 부족과 수질 오염이 심각한 지역 식수 문제 해결에 도움 될 것으로 기대된다.

해당연구는 '어드벤스드 사이언스' 온라인판에 게재됐다.

전 세계 인류의 25%가량은 여전히 심각한 물 부족에 시달리고 있다. 특히 수자원이 고갈되고 정수시설이 부족한 지역에서는 오염된 물을 그대로 마시는 일도 허다한 실정이다.

최근 들어 얇은 막을 이용한 정수 시스템이 사용되고 있으나, 고압 펌프와 많은 전력이 필요한데다 시간이 지나면 막이 막혀 효율이 떨어지는 현상이 있어 근본적인 물부족 해결에는 한계가 있다는 것.

이에 연구팀은 '나노전기수력학적 여과' 원리를 적용해 막이 필요 없는 전기 기반 정수 시스템을 새롭게 제안했다. 수 μm(마이크로미터)~10nm(나노미터) 이하에 이르는 물속 미세 입자들을 전기를 이용해 밀어내는 방식인데, 복잡한 미세 가공이나 고도의 공정 기술이 필요하지 않다는 게 큰 장점이다.

이 시스템은 셀룰로오스 스펀지와 면섬유로 만든 친환경 다공성 구조체에 특수 코팅을 입혀, 물이 통과할 때 내부에 자체적으로 전기장이 집중되도록 설계됐다.

이렇게 만들어진 전기장은 눈에 보이지 않는 전자 그물망처럼 미세플라스틱이나 세균처럼 음전하(-)를 띤 입자들을 효과적으로 밀어낸다.

특히 기존 나노여과 등의 시스템은 수십에서 수백 kPa(킬로파스칼)의 고압 펌프가 필요하지만, 이 시스템은 중력만으로도 작동하는데다 처리량도 시간당 400ℓ 이상으로 높아 효율성에서 뛰어난 성능을 갖췄다는 평가를 받고 있다.

또 10nm(머리카락 굵기의 1만분의 1) 이하 초미세 입자들까지 99% 이상 제거할 수 있고, 세척만으로도 성능이 회복돼 20회 이상 재사용이 가능하다.

여기에 더해 외부 전원 없이 태양광 충전 배터리만으로 작동이 가능해 유지비용도 거의 들지 않는다는 것도 강점이다.

임근배 교수는 "실험실 수준에 머물렀던 나노전기수력학 현상을 실제 시스템에 적용하는 데 성공했다"며 "태양광 기반의 이 정수 기술은 물 부족 지역의 식수 문제 해결 큰 도움이 될 것으로 보인다"고 했다.