폐수 정화하면서 전기도 생산한다…‘신개념 분리막’ 개발

전자재료연구센터·명지팀 공동 연구 결과
<어드밴스트 머티리얼스> 2월 표지에 선정

과기술연구원과 명지대 공동연구진이 개발한 전력발생 물정화 멤브레인(분리막) 모식도

국내 연구진이 오·폐수를 식수 수준으로 정화하면서 동시에 발전까지 하는 분리막(멤브레인)을 개발했다.

한국과학기술연구원 (KIST)은 연구원 전자재료연구센터 장지수 박사팀이 명지대 신소재공학과 윤태광 교수팀과의 공동연구를 통해 오·폐수, 바닷물, 지하수 등을 식수로 처리하면서 전기를 연속적으로 발생시키는 신개념 분리막을 개발했다고 7일 밝혔다.

이들이 개발한 분리막은 물을 정화시키는 다공성 필터 위에 전기가 통하는 전도성 고분자 물질을 프린팅 공정으로 입힌 샌드위치 구조다. 오염된 물은 이 분리막을 수직으로 관통하면서 정화되고, 수평 방향으로 확산하면서 직류 전기를 만들어 내게 된다. 이 분리막을 이용하면 10nm(나노미터·1억분의 1m) 이하의 오염물질을 95%이상 제거할 수 있어 폐수에 존재하는 미세플라스틱이나 중금속 입자까지 정화하면서 10㎕(마이크로리터·1㎕는 100만분의 1리터)의 물로 3시간이상 전력을 만들 수 있다는 것이 연구팀의 설명이다.

연구팀은 이 분리막 발전이 비상 전력원으로 산업현장에 응용 가능할 뿐 아니라, 몸에 부착해 인체에서 발생하는 땀을 활용하여 전력을 발생시키는 웨어러블 기기로도 응용 가능성이 크다고 보고 있다.

빗물은 물론 인간의 땀까지 활용하는 나노수력발전은 이미 제안된 바 있다. 이에 대해 연구팀은 “신개념 분리막은 오염된 물을 에너지원으로 사용해 전력을 발생시키면서 동시에 식수까지 제공하는 기존에 없던 작동방식의 새로운 연구”라고 차별성을 강조했다.

장진수 선임연구원은 “현재 가로 4㎝·세로 2㎝ 크기의 멤브레인에서 발생되는 전류는 200㎂(마이크로암페어) 정도로 작지만 지속적으로 나오기 때문에 저장해 활용할 수 있다”며 “발전량을 늘릴 수 있는 새로운 전도성 고분자를 디자인하고 있어 앞으로 좀더 높은 성능을 기대한다”고 말했다.

연구팀은 이 연구 결과를 담은 논문이 재료 분야 국제학술지인 <어드밴스트 머티리얼스> 온라인판에 최근 발표됐으며, 이번 달 인쇄본에 표지 논문으로 실릴 예정이라고 밝혔다.

김정수 선임기자 jsk21@hani.co.kr