'나노섬유 맴브레인' 담수화 기술, 식수난 해결책 되나

전 세계 약 7억8500만 명이 깨끗한 식수 공급원 부족으로 어려움을 겪고 있다고 세계보건기구(WHO)는 지적한다. 지구상에 존재하는 엄청난 양의 물이 대부분은 해수이고 담수는 전체의 약 2.5%에 불과하다.

따라서 청정 식수를 제공하는 방법 중 하나는 바닷물을 담수화하는 것이다.
이런 가운데 한국건설기술연구원(KICT)은 막 증류 과정을 통해 바닷물을 식수로 전환하는 안정적인 성능의 멤브레인 개발을 지난 4월 발표했다.


맴브레인이란 특정 성분을 선택적으로 통과시킴으로써 입자 분리라는 일반여과 (Filtration)뿐만 아니라 액체에 용해된 물질이나 혼합기체의 분리까지도 가능한 여과재로, 선택적 투과성을 가진다. 막 또는 분리막이라 칭하기도 한다.

멤브레인의 소재는 세라믹, 금속, 고분자 등 많은 소재들이 사용되고, 특히 고분자 멤브레인은 제조공정이 단순하고 다양한 형태의 모듈이 제조 가능해 널리 사용 되고 있다.


우윤철 박사가 이끄는 KICT 연구팀은 전기방사형 나노기술로 제작된 공동축 전기전소 나노섬유 멤브레인을 개발했다. 새로운 담수화 기술은 세계의 담수 부족을 해결하는 데 도움이 될 수 있는 잠재력을 가지고 있다. 개발된 기술은 증류 공정의 장기적인 안정성을 향상시킬 수 있다.

우 박사의 연구팀은 폴리(비닐리덴 불소-헥사플루오로프로필렌)를 중합체의 저농도와 혼합된 실리카 에어로겔을 공동 축균 복합막을 생산하고 초소수성 멤브레인 표면을 획득하는 데 사용했다. 실제로 실리카 에어로겔은 종래의 폴리머에 비해 훨씬 낮은 열전도도를 보였으며, 이는 전도성 열 손실의 감소로 인한 멤브레인 증류 과정에서 수증기 플럭스가 증가하도록 이끌었다.
멤브레인 증류 응용 분야에서 전기 스펀 나노 섬유막을 사용하는 연구의 대부분은 높은 수증기 플럭스 성능을 전시하지만 50시간 미만 동안 작동해왔다.

하지만 우 박사의 연구팀은 30일 동안 제조된 동축 전광나노섬유막을 사용하여 멤브레인 증류 공정을 적용했다.

공동축 전기분 나노 섬유막은 1개월 동안 99.99%의 염리 거부를 수행했다.

우 박사의 연구팀은 시판되는 멤브레인 증류 과정에서 높은 수증기 플럭스 성능보다 안정적인 공정을 갖는 것이 더 중요하다고 지적했다.

한국건설기술연구원(KICT)은 건설 및 국가토지관리 분야의 원천과 실용기술을 개발하여 한국 건설산업 발전과 국가경제성장에 기여하기 위해 설립된 정부 후원 연구소다.

이 연구는 2021년 4월에 폴리머 과학 분야에 있는 유명한 국제 저널인 멤브레인 과학 저널(Journalof Membrane Science)에 발표되었다.


박정한 글로벌이코노믹 기자 park@g-enews.com