[과학을 읽다]'소금물'을 '먹는 물'로

국내 연구팀, '맹그로브' 뿌리 생체모방 담수화 기술 개발

[아시아경제 정종오 기자] 식물 뿌리를 모방한 새로운 해수담수화 기술이 개발됐습니다. 국내 연구팀이 바다 염생식물 뿌리의 메커니즘을 모방해 별도 후처리 공정이 필요 없는 생체모방형 해수담수화 기술을 내놓았습니다.

▲맹그로브를 이용해 소금물을 담수로 만드는 기술이 개발됐다.[사진제공=미래부]

염분이 많은 해안지역에서 자라는 대표적 염생식물인 맹그로브 뿌리를 생체모방한 기술입니다. 기존의 해수담수화 기술과 비슷한 물 정화 성능(96.5%의 염분 제거)을 보였습니다. 제작과정도 간단하고 작은 규모의 설비로 구동이 가능해 오지와 같은 작은 마을에서도 활용이 가능합니다.

맹그로브(mangrove)는 대표적 염생식물입니다. 맹그로브의 뿌리는 나트륨이온을 필터링할 수 있는 기능을 가지고 있습니다. 해수 소금기의 약 90%를 걸러냅니다.

물 부족 사태는 갈수록 큰 문제가 되고 있습니다. 물 부족 국가는 점차 늘어나고 있는 상황입니다. 지구상에 존재하는 물의 대부분을 차지하는 바닷물을 담수화해 물 부족 문제를 해결하고자 하는 노력이 계속되고 있습니다. 기존의 해수담수화 방법은 지나친 에너지 사용, 제 3국가나 오지에는 설치하기 어려운 점 등 많은 문제점이 존재합니다.

맹그로브의 뿌리에서 일어나는 염분 제거 메커니즘을 생체 모방해 후처리 공정 없이 지속적으로 해수를 담수화시킬 수 있는 기술은 이런 측면에서 매우 의미 있는 연구입니다. 인공적으로 제작한 PET 멤브레인에 양전하를 갖는 물질(PAH, poly-(allylamine hydrochloride)과 음전하를 갖는 물질(PAH, poly-(allylamine hydrochloride)을 층층(layer-by-layer) 적층(deposition) 방식으로 여러 층으로 씌워서 맹그로브 뿌리와 유사한 정전기적 특성을 갖는 생체모방형 담수화 멤브레인을 제작했습니다.

생체모방형 멤브레인을 이용해 100밀리몰(mM)의 염화나트륨(NaCl) 수용액을 필터링한 결과 약 96.5%의 염분이 걸러졌습니다. 실험이 진행된 3일 동안 토출 유량이 7.6 리터(단위면적, 단위시간당, m2h)로 거의 일정하게 유지됐습니다. 이번 멤브레인을 이용해 필터링 횟수를 늘리면 실제 바닷물(약 310mM)도 토출 유량 2.3리터(단위면적, 단위시간당, m2h)로 담수화 시킬 수 있음을 확인했습니다.

이번 기술은 물정화 성능이 뛰어난 것은 물론 제작과정이 간단하고 작은 규모의 설비로 구동이 가능합니다. 이 때문에 개발도상국, 오지와 같은 작은 마을에서도 활용이 가능하다는 점이 큰 장점입니다.

이번 연구는 이상준 포스텍 교수 연구팀이 수행했습니다. 연구 결과는 국제 학술지 ACS Nano 12월 27일자(논문명 : Development of a Desaliantion Membrane Bioinspired by Mangrove Roots for Spontaneous Filtration of Sodium Ions)에 실렸습니다.

이상준 교수는 "이번 연구성과는 맹그로브 뿌리의 물 정화 매커니즘을 생체 모방한 새로운 멤브레인 기술을 도출하여 해수를 담수로 바꾸는 기술을 개발한 것"이라며 "값싼 비용으로 효율적이고 안정적으로 해수를 담수화할 수 있다"고 말했습니다.

정종오 기자 ikokid@asiae.co.kr