연구성과

기계 이상준 교수 연구팀, 바다식물 ‘맹그로브’ 뿌리 모방한 해수담수화 기술 개발

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기계공학과 이상준 교수 연구팀이 바다 염생식물 뿌리의 메커니즘을 모방해 별도 후처리 공정이 필요없는 생체모방형 해수담수화 기술을 개발했다.

연구팀은 염분이 많은 해안지역에서 자라는 대표적인 염생식물인 맹그로브 뿌리를 생체모방해 실험한 결과, 96.5%의 염분 제거가 가능한 물 정화 성능을 보였다고 밝혔다. 이는 기존의 해수담수화 기술과 유사한 수준이다.

맹그로브 뿌리는 나트륨이온을 필터링할 수 있는 기능을 갖고 있어 해수 소금기 약 90%를 걸러내는 것으로 알려졌다. 하지만 이를 응용한 기존 해수담수화 방법은 에너지 비용이 많이 드는 데다 제3국가나 오지에 설치하기 어렵다는 한계가 있었다.

이에 연구팀은 인공적으로 제작한 PET 멤브레인(여과막)에 양전하와 음전하를 갖는 물질을 층층, 적층 방식으로 씌워서 맹그로브 뿌리와 유사한 정전기적 특성을 갖는 생체모방형 담수화 멤브레인을 제작했다.

연구팀은 이 멤브레인을 이용해 100밀리몰(mM)의 염화나트륨(NaCl) 수용액을 필터링한 결과, 약 96.5%의 염분이 걸려졌다. 실험이 진행된 3일간 토출 유량(막을 통과해 나오는 유체 양)이 7.6리터(단위면적, 단위시간당, m2h)로 거의 일정하게 유지됐다.

이는 여과막에서 여러 가지 원인에 의해 막이 오염되거나 막히는 현상인 파울링으로 인한 유량 감소가 발생하지 않는다는 사실을 나타낸다. 또 이 멤브레인으로 필터링 횟수를 늘리면 실제 바닷물(약 310mM)도 토출 유량 2.3리터(단위면적, 단위시간당, m2h)로 담수화 시킬 수 있음을 확인했다.

이상준 교수는 “이번 연구는 막의 막힘, 높은 에너지 소비 등의 문제점들이 발생하지 않는 지속 가능한 해수담수화 기술을 구현한 것”이라며 “향후 해수 담수화를 통해 생활용수, 농업용수, 식수를 바닷물로부터 보다 효과적으로 얻을 수 있을 것으로 기대된다”고 말했다.

또 “기존 해수담수화 기술 보다 제작과정이 간단하고 작은 규모의 설비로 구동이 가능해 개발도상국, 오지와 같은 작은 마을에서도 활용이 가능하다”고 덧붙였다.

한편 이번 연구는 미래창조과학부・한국연구재단 기초연구사업 지원으로 수행되었으며, 국제 학술지 ACS Nano를 통해 발표됐다.