'골칫덩이' 커피 찌꺼기로 반도체 폐수 정화한다

KIST-동국대, 중금속 걸러내는 커피 찌꺼기 소재 나노 복합필터 개발

커피찌꺼기로 중금속을 정화하는 나노복합필터 개념도. 그림=KIST 제공

[아시아경제 김봉수 기자] '골칫덩이' 커피 찌꺼기로 반도체 폐수를 정화하는 기술이 개발됐다.

한국과학기술연구원(KIST)은 이민욱 구조용복합소재연구센터 박사 연구팀이 김영관 동국대 교수 연구팀과 공동으로 생활폐기물로 버려지는 커피 찌꺼기와 생분해성 고분자를 복합화해 구리이온 제거용 나노복합필터를 개발하는 데 성공했다고 4일 밝혔다.

커피 한 잔을 내릴 때 사용되는 커피콩의 단 0.2%만이 우리가 마시는 커피가 되고, 나머지 99.8%의 찌꺼기는 버려지는데 우리나라에서만 연간 약 15만t에 달한다. 매립시 온실가스가 발생하고, 소각해도 다량의 탄소가 발생한다.

커피 찌꺼기의 표면은 다공성 구조일 뿐 아니라 음전하를 띠고 있는 다양한 기능기들로 구성돼 있다. 이에 기존에도 양전하를 띠는 폐수 속 중금속을 흡착하는 데 활용되고 있다. 반도체 폐수 속의 중금속은 신장, 간, 뇌와 같은 인체 주요 장기에 치명적인 손상을 초래할 수 있는데, 최근 반도체 생산 증가로 배출량이 늘고 있다. 구리를 비롯한 반도체 폐수 속의 중금속을 효과적으로 제거할 수 있는 정제기술이 반드시 필요한 이유다.

문제는 커피 찌꺼기를 물에 푸는 방식이었기 때문에 쓰고 난 커피 찌꺼기를 다시 수거해야 한다는 점이다.

연구팀은 KIST 전북분원이 보유한 복합소재 기술을 활용해 흔히 사용하는 캡슐커피 안의 커피 찌꺼기를 수거한 후 세척이나 불순물 제거와 같은 별도의 전처리 공정 없이 생분해성 플라스틱인 PCL(Poly Capro Lactone)과 함께 용매에서 균일하게 복합화했다. 이후 이를 전기방사해 매우 촘촘하고 균일한 형태의 커피 찌꺼기와 생분해성 고분자로 이루어진 나노복합필터를 제조했다. 이렇게 제조된 소재는 초기농도 100μM(마이크로몰라)의 폐수에서 4시간 안에 90% 이상의 중금속 제거 효율을 달성해 음용수 기준을 만족할 수 있었다. 캡슐 커피 1개(약 5g)으로 약 10리터의 폐수를 정화할 수 있는 나노복합필터를 제조 가능하다.

커피찌꺼기로 만든 중금속 정화용 나노복합필터 현미경 사진. 제공=KIST

KIST 이민욱 박사는 “이번 연구는 환경오염의 원인이 되는 폐기물을 간단하게 복합 소재로 만들어 경제적이면서도 친환경적인 수처리 기술을 개발했다는 점에서 의미가 있다”며 “앞으로는 커피 찌꺼기를 표면처리 하거나 다른 자연소재를 탐색해 친환경적이면서도 성능이 높은 다양한 필터를 개발할 계획”이라고 밝혔다.

이번 연구 결과는 수자원 처리 분야의 국제 학술지 '저널 오브 워터 프로세스 엔지니어링(Journal of Water Process Engineering)'(IF: 7.34, JCR 분야 상위 7.5%) 최신호에 온라인 게재됐다.

김봉수 기자 bskim@asiae.co.kr