포스텍, 태양광 기반 신개념 나노전기수력학적 여과시스템 개발

햇빛과 전기, 그리고 단순한 구조체만으로 오염된 물을 정화해 안전한 식수를 만들 수 있는 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다.

포스텍(POSTECH)은 임근배 기계공학과 교수, 박사과정 최운재 씨 연구팀이 '태양광'과 '전기'로 미세플라스틱을 비롯한 초미세 입자를 효율적으로 제거하는 기술을 구현했다고 11일 밝혔다.

복잡한 장비와 고압 펌프가 없어도 되는 이 기술은 물 부족과 수질 오염이 심각한 지역 식수 문제를 해결할 대안으로 떠오르며, 연구결과는 최근 '어드벤스드 사이언스(Advanced Science)' 온라인판에 게재됐다.

임근배 포스텍 교수(왼쪽)와 박사과정 최운재 씨

연구팀은 '나노전기수력학적 여과' 원리를 적용해 막이 필요 없는 전기 기반 정수 시스템을 새롭게 제안했다. 간단히 말해, 전기로 수 ㎛(마이크로미터)에서부터 10㎚(나노미터) 이하에 이르는 물속 미세 입자들을 밀어내는 방식이다.

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 음전하를 띤 입자들을 효과적으로 밀어낸다. 복잡한 미세 가공이나 고도의 공정 기술이 필요하지 않다는 점이 큰 장점이다.

태양광 패널로부터 생성된 전력을 통해 전기수력학적 현상을 이용하여 초미세입자를 제거하는 시스템 모식도

특히, 기존 나노여과나 한외여과 시스템은 수십에서 수백 kPa(킬로파스칼)의 고압 펌프가 필요하지만, 이 시스템은 단 1kPa 이하의 낮은 압력, 즉 중력만으로도 작동한다. 그럼에도 단위면적(㎡) 및 시간당 400L(리터) 이상의 높은 처리량을 유지한다.

10㎚(머리카락 굵기의 1만분의 1) 이하 초미세 입자들까지 99% 이상 제거할 수도 있다. 무엇보다 세척만으로도 성능이 회복돼 20회 이상 재사용이 가능하고, 외부 전원 없이 태양광 충전 배터리만으로 작동할 수 있어 유지비용도 거의 들지 않는다는 점도 주목할 만하다.

임근배 교수는 “실험실 수준에 머물렀던 나노전기수력학 현상을 실제 시스템으로 확장하는 데 성공했다”라며 “태양광 기반의 단순하고 효율적인 정수 기술로, 물 부족 지역의 식수 문제 해결에 큰 도움이 될 것”이라고 말했다.

포항=정재훈 기자 jhoon@etnews.com

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