한국생산기술연구원은 DGIST와 공동으로 물 속 마이크로(㎛)~나노미터(㎚) 크기의 미세플라스틱을 걸러내는 친환경 미세플라스틱 제거기술을 개발했다고 6일 밝혔다.
미세플라스틱은 지름이 5㎜ 미만인 플라스틱 입자를 가리키며 처음부터 작게 만들어진 ‘1차 미세플라스틱’과 잘게 부서지고 쪼개진 ‘2차 미세플라스틱’으로 분류된다.
결국 바다로 유입되어 해양생태계를 오염시키는데 최상위 포식자인 인체에도 영향을 줄 수 있어 이를 걸러내는 제거기술 개발이 요구되고 있다.
그러나 크기가 작은 미세플라스틱을 물속에서 필터로 처리하기 어렵고 특히 나노미터 크기 초미세 플라스틱의 경우 필터가 막히거나 필터 자체의 해양오염 문제가 제기되어 왔다.
생기원 정밀기계공정제어연구그룹 조한철 박사 연구팀과 DGIST 에너지공학과 이주혁 교수 연구팀은 공동연구를 통해 물 속 미세 플라스틱 입자를 처리할 수 있는 친환경 입자 제거기술 개발에 성공했다.
생기원 조한철 박사팀은 높은 전압을 통해 전기영동 증착 효율을 높일 수 있다는 점에 주목하고 DGIST 이주혁 교수팀이 개발한 3차원 다공성 미세구조 ‘마찰대전 에너지 발전소자(TENG·Triboelectric Nagogenerator)’에 전기영동기술을 접목했다.
높은 전압을 이용해 물속에서 강한 전기장을 발생시키면 물 속 마이크로·나노입자가 빠르게 전극 쪽으로 이동해 전극에 달라붙는 방식으로 미세플라스틱 입자를 제거하는 원리다.
전기영동이란 전극 사이의 전기장 하에서 용액 속 전하를 띤 입자가 반대 전하를 가지는 전극을 향해 이동하는 현상을 말하며 마찰대전은 서로 다른 재료가 마찰, 또는 접촉 후 분리되었을 때 물체 표면이 각각 양과 음의 전하로 대전되는 현상을 일컫는다.
TENG는 운동에너지를 전기에너지로 변환시키기 때문에 친환경적인 미세플라스틱 필터 제작이 가능하다.
또한 마찰대전 에너지의 높은 전압특성을 활용하기 때문에 별도의 외부 전원이 필요하지 않아 장소에 구애받지 않고 운용 가능한 장점도 있다.
특히 이번 연구를 통해 새롭게 개발된 3차원 다공성 미세구조 TENG는 일반적으로 사용되는 평면 구조의 TENG보다 3배 이상 높은 출력을 보이는 것으로 나타났다.
이를 활용한 마이크로 사이즈의 미세플라스틱 입자 제거율은 21.4%로 기존 TENG 입자 제거율 3.8%보다 5배 이상 높은 수치다.
또한 마이크로 단위의 미세플라스틱 뿐만 아니라 나노 사이즈의 산화아연, 이산화규소 등 다양한 종류의 미세 독성 입자까지 제거 가능한 것으로 확인됐다.
이번 연구는 생기원 조한철 박사 연구팀, DGIST 이주혁 교수 연구팀 외에 성균관대학교 김상우 교수팀이 참여했고 6월 11일 에너지공학 분야 국제 학술지 ‘Nano Energy’온라인 판에 게재된 데 이어 오는 9월 출판될 예정이다.
해당 논문은 생기원 박병건 박사과정생(부산대학교 기계공학부), DGIST 에너지공학과 이철재 석박사통합과정생이 제1 저자로 참여했다.
박병건 박사과정생은 “운동에너지를 통해 생성된 전기에너지로 입자를 제거하기 때문에 친환경적인 기술”이라며 “강, 하수처리시설, 정수장 등 다양한 물 속 미세플라스틱 제거에 활용할 수 있고 가정용 전기로도 작동 가능해 생활용 정수장치에도 이용할 수 있다”고 설명했다.
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