물 부족 지역의 식수 문제 해결에 큰 도움 될 것 기대
포스텍은 기계공학과 임근배 교수, 박사과정 최운재 씨 연구팀이 햇빛과 전기만으로 미세플라스틱 등 오염물질을 걸러내 깨끗한 식수를 만드는 새로운 정수 기술을 개발했다고 11일 밝혔다. 이번 연구 성과는 '어드벤스드 사이언스' 온라인판에 게재됐다.
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| ▲ 포스텍 기계공학과 임근배 교수. [포스텍 제공] |
기후변화와 산업화로 수자원이 빠르게 오염되어 정수 시설이 부족한 일부 지역에서는 오염된 물을 그대로 마시는 일도 적지 않는 가운데 포스텍 연구팀이 '나노전기수력학적 여과' 원리를 적용해 막이 필요 없는 전기 기반 정수 시스템을 새롭게 개발했다.
이 시스템은 전기로 수 μm(마이크로미터)에서부터 10nm(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.
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| ▲ 포스텍 박사과정 최운재씨. [포스텍 제공] |
이렇게 만들어진 전기장은 눈에 보이지 않는 전자 그물망처럼 미세플라스틱이나 세균처럼 음전하(-)를 띤 입자들을 효과적으로 밀어낸다. 복잡한 미세 가공이나 고도의 공정 기술이 필요하지 않다는 점이 큰 장점이다.
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(m2) 및 시간당 400ℓ(리터) 이상의 높은 처리량을 유지한다. 10nm(머리카락 굵기의 1만분의 1) 이하 초미세 입자들까지 99% 이상 제거할 수도 있다.
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| ▲ 태양광 패널로부터 생성된 전력을 통해 전기수력학적 현상을 이용하여 초미세 입자를 제거하는 시스템 모식도. [포스텍 제공] |
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"며 "태양광 기반의 단순하고 효율적인 정수 기술로 물 부족 지역의 식수 문제 해결에 큰 도움이 될 것"이라고 말했다.
KPI뉴스 / 장영태 기자 3678jyt@kpinews.kr
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