식물 뿌리 모방한 새로운 해수담수화 기술 개발

저렴한 비용의 안정적인 해수담수화 기술의 대중화 기대

2017-01-19 신혜영 기자

[시사매거진]미래창조과학부는 “바다 염생식물 뿌리의 메커니즘을 모방해 별도 후처리 공정이 필요 없는 생체모방형 해수담수화 기술을 개발했다.”고 밝혔다.

염분이 많은 해안지역에서 자라는 대표적인 염생식물인 맹그로브 뿌리를 생체모방하여 실험한 결과, 기존의 해수담수화 기술과 유사한 물 정화 성능(96.5%의 염분 제거)을 보였다. 제작과정도 보다 간단하고 작은 규모의 설비로 구동이 가능하여 오지와 같은 작은 마을에서도 활용이 가능하다.

이상준 교수 연구팀(포항공대)은 미래창조과학부 기초연구사업(개인연구) 지원으로 연구를 수행했으며, 이 연구는 국제적인 학술지 ACS Nano 12월 27일자에 게재되었다.

논문의 주요 내용은 다음과 같다.

물 부족 사태는 가장 시급히 해결해야 할 전 세계적인 문제이다. 물 부족 국가는 점차 늘어나고 있다. 이에 따라 지구상에 존재하는 물의 대부분을 차지하는 바닷물을 담수화하여 물 부족 문제를 해결하고자 하는 노력이 계속 되고 있다.

하지만 기존의 해수담수화 방법은 과다한 에너지 사용, 제 3국가나 오지에는 설치하기 어려운 점 등 해결하기 어려운 문제점이 있다.

맹그로브의 뿌리에서 일어나는 염분 제거 메커니즘을 생체 모방하여 후처리 공정 없이 지속적으로 해수를 담수화시킬 수 있는 기술을 구현했다. 인공적으로 제작한 PET 멤브레인에 양전하를 갖는 물질(PAH : poly-(allylamine hydrochloride))과 음전하를 갖는 물질(PAH : poly-(allylamine hydrochloride))을 층층(layer-by-layer) 적층(deposition) 방식으로 여러 층으로 씌워서 맹그로브 뿌리와 유사한 정전기적 특성을 갖는 생체모방형 담수화 멤브레인을 제작했다.

상기 생체모방형 멤브레인을 이용하여 100밀리몰(mM)의 염화나트륨(NaCl) 수용액을 필터링한 결과, 약 96.5%의 염분이 걸려졌다.

실험이 진행된 3일간 토출 유량이 7.6 리터(단위면적, 단위시간당, m2h)로 거의 일정하게 유지되었다. 이는 파울링 현상으로 인한 유량 감소가 발생하지 않는다는 사실을 나타낸다. 또한 이 멤브레인을 이용하여 필터링 횟수를 늘리면 실제 바닷물(약 310mM)도 토출 유량 2.3리터(단위면적, 단위시간당, m2h)로 담수화 시킬 수 있음을 확인했다.

맹그로브라는 염생식물의 뿌리가 가진 물 정화 메커니즘을 생체모방하여 기존의 담수화 기술과는 유사한 물 정화 성능을 보이면서 막의 막힘, 높은 에너지 소비 등의 문제점들이 발생하지 않는 지속 가능한 해수담수화 기술을 구현했다.

기존의 해수담수화 기술과 유사한 물 정화 성능(96.5%의 염분 제거)을 보이면서 보다 제작과정이 간단하고 작은 규모의 설비로 구동이 가능하여 개발도상국, 오지와 같은 작은 마을에서도 활용이 가능하다.

차별화된 특색 있는 전략으로 새로운 개념의 담수화 기술을 창출할 수 있기 때문에 기술이전 및 상업화의 가능성도 높을 것으로 생각된다. 또한 유사한 물질전달현상을 이용하는 다른 분야에도 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

이상준 교수는 “이번 연구성과는 맹그로브 뿌리의 물 정화 매커니즘을 생체모방한 새로운 멤브레인 기술을 도출하여 해수를 담수로 바꾸는 기술을 개발한 것이다. 이 기술은 저렴한 비용으로, 효율적이고, 안정적으로 해수를 담수화할 수 있다. 향후 해수 담수화를 통해 생활용수, 농업용수, 식수를 바닷물로부터 보다 효과적으로 얻을 수 있을 것으로 기대된다.“라고 연구의 의의를 설명했다.