녹조 1760배 빨리 제거…햇빛으로 움직이는 수상로봇 최초 개발 [로보 인사이트]

공기·물만으로 과산화수소 즉시 생산
상용 약품보다 1760배 빨리 녹조 제거
태양광으로 24시간 자율 운항 가능

서울 성북구 한국과학기술연구원(KIST) 내 연못에서 태양광 자율 운항 로봇의 녹조 제거 실증이 진행되고 있다. 영상 제공=KIST

외부 전력 공급이나 약품 없이 햇빛만으로 작동해 녹조를 정화하는 자율 수상 로봇을 국내 연구진이 세계 최초로 개발했다. 전력망이 없는 댐과 저수지에서 여름철 반복되는 대규모 녹조 문제를 해결할 수 있을 것으로 기대된다.

한국과학기술연구원(KIST)은 청정에너지연구센터 오형석 박사 연구팀·초물성전도소재연구센터 김남동 박사 연구팀·극한물성소재연구센터 조혜성 박사 연구팀이 무전원 자율 운항 수질정화 로봇을 공동 개발했다고 2일 밝혔다.

기존의 녹조 제거 방식은 작업자가 대용량 과산화수소를 운반해 직접 살포해야 해 많은 인력과 비용이 들었다. 또 시중 과산화수소에 포함된 장기 보관용 보존제가 녹조 제거 성능을 떨어트린다는 한계도 있었다.

태양광 자율 운항 수질 정화로봇 구동 모식도 및 녹조 제거 효과. 이미지 제공=KIST

이에 연구진은 탄소 소재에 코발트 원자를 하나씩 분산시킨 ‘단일원자 촉매’를 개발해 공기 중 산소와 물만으로 과산화수소를 현장에서 생산하는 데 성공했다. 단일원자 촉매는 금속 원자들을 덩어리째 뭉쳐놓지 않고, 원자 하나하나를 마치 징검다리처럼 낱개로 떨어뜨려 배치함으로써 아주 적은 양의 금속으로도 녹조를 없애는 화학 반응을 훨씬 효율적으로 만들 수 있다. 이렇게 생성된 과산화수소는 기존 상용 제품보다 녹조 제거 속도가 최대 1760배 빠른 것으로 확인됐다.

연구진은 이 촉매를 태양광 패널과 결합해 자율 수상로봇으로 구현했다. 로봇은 낮 동안 태양광으로 충전한 전력을 이용해 24시간 자율 운항하며 수질을 정화할 수 있다. 연구진은 “KIST 연못에서 진행한 실증에서도 녹조 제거 성능을 성공적으로 검증했다”고 설명했다.

이를 통해 전력 인프라가 부족한 저수지와 댐에서 약품을 운반하지 않고도 현장에서 필요한 만큼 과산화수소를 생산해 사용할 수 있어 물류비와 약품 누출 위험을 줄일 수 있을 것으로 기대된다. 연구진은 향후 장치 규모를 확대해 강과 대형 상수원 등으로 적용 범위를 넓히겠다는 계획이다.

오형석 KIST 책임연구원은 “이번 성과는 수질 정화 촉매, 첨단 복합소재, 로봇제어 기술을 보유한 KIST 연구팀이 협력해 만들어낸 융합 연구의 결과“라며 “햇빛만으로 현장에서 녹조 제거제를 생산하는 이번 기술이 미래형 스마트 물 관리 기술의 새로운 대안이 되기를 기대한다”고 전했다.

한편 이번 연구 결과는 세계 최초로 무전원 자율 운항 수질정화 로봇을 개발한 성과를 인정받아 국제학술지 ‘Applied Catalysis B: Environment and Energy’ 최신호(Volume 386)에 게재됐다.

장형임 기자 jang@sedaily.com