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신기술

DGIST, 미세플라스틱 제거 친환경 필터 세계 최초 개발

마찰대전 발전소자로 물 속 미세플라스틱을 제거하는 기술 최초 개발

미세플라스틱 비롯한 물 속 다양한 미세 독성 입자 문제 해결 기대

대구경북과학기술원 에너지공학과 이주혁 교수 연구팀은 한국생산기술연구원(원장 이낙규) 조한철 박사 연구팀과 공동으로 친환경 미세플라스틱 제거 기술을 개발했다.

대구경북과학기술원(DGIST, 총장 국양) 에너지공학과 이주혁 교수 연구팀은 한국생산기술연구원(원장 이낙규) 조한철 박사 연구팀과 공동으로 친환경 미세플라스틱 제거 기술을 개발했다고 지난 7월 6일 밝혔다. 본 기술의 개발로 물 속에 존재하는 마이크로∼나노 크기의 미세플라스틱의 제거가 가능하게 됐다.

미세플라스틱은 아주 작은 크기(통상적으로 5mm 미만)의 플라스틱으로, 체내에 축적되어 생체 기능을 교란하는 등 인체에 위협 요인으로 작용한다. 미세플라스틱은 주로 해양으로 유입되어 해양생물계의 내분비계 교란을 통해 최상위 포식자인 인류에게까지 영향을 미치기 때문에 이를 최소화하기 위한 미세플라스틱을 걸러내는 기술이 절실하다.

미세플라스틱은 작은 크기로 인해 필터를 사용해 물속에서 분리하거나 처리하는데 어려움이 있다. 특히 마이크론 미만 크기인 나노 입자의 경우 필터를 통해 물리적인 방법으로 제거할 경우 필터 막힘 및 필터 자체의 환경오염 등 해결하기 어려운 문제들이 발생된다. 이러한 한계를 해결하기 위해 새롭고 친환경적인 미세플라스틱 필터가 필요하다.

이에 이주혁 교수 연구팀은 한국생산기술연구원 조한철 박사팀과 공동연구를 통해 물속의 미세입자를 제거하는 친환경 발전소자를 세계 최초로 개발했다. 이 입자제거 기술은 이주혁 교수 연구팀의 마찰대전 에너지 발전소자(Triboelectric nagogenerator, 이하 TENG)와 조한철 박사팀의 전기영동법의 합작으로 개발됐다.

TENG는 물리 에너지를 통해 전기 에너지를 발생시키기 때문에 친환경적인 미세플라스틱 필터 제작이 가능하다. 또한, 마찰대전 에너지의 높은 전압 특성을 활용하기 때문에 특별한 외부 전원이 필요하지 않아 장소에 구애받지 않고 운용이 가능한 장점도 있다. 이번 연구를 통해 새롭게 개발된 다공성 미세구조 기반 TENG는 기존 보다 3배 이상의 높은 출력을 나타냈다. 이를 활용한 결과, 마이크로사이즈의 미세플라스틱 입자 제거율은 기존 TENG의 입자 제거율인 3.8%보다 약 5.6배 높은 21.4%를 달성했다. 더불어 본 기술은 마이크로 단위의 미세플라스틱 뿐만 아니라 나노사이즈의 산화아연(ZnO), 이산화규소(SiO2) 등 다양한 미세 독성 입자들도 제거가 가능함이 확인됐다.

마찰대전 발전소자를 이용한 미세 유해 물질 제거 기능 구현

한편, 이번 연구는 DGIST 이주혁 교수 연구팀, 한국생산기술연구원 조한철 박사 연구팀 및 성균관대학교 김상우 교수팀이 공동으로 진행했으며 에너지공학분야의 저명한 국제 학술지인 『나노 에너지(Nano Energy)』에 6월 11일 온라인으로 출판되었고, 학술지에는 9월 중 게재될 예정이다. 또한, 해당 논문은 DGIST 에너지공학과 이철재 석박통합과정생과 한국생산기술연구원(부산대학교 기계공학부) 박병건 박사과정생이 1저자로 참여했으며, 과학기술정보통신부 한국연구재단의 지원을 받아 수행됐다.

[『워터저널』 2022년 8월호에 게재]