해외신기술
다공성 그래핀 막 이용한 담수화 기술 개발
깨끗한 담수 생산·유지 가능한 복합 폐수처리기술 개발 성공
기존 폐수처리 플랜트에 장착 사용 가능…에너지도 30% 절감
지구상에 존재하는 물 중에서 마실 수 있는 물은 1%에 채 미치지 못한다. 그러나 바닷물에서 소금과 기타 미네랄을 제거하면 인류의 물문제를 해결하는 데 큰 도움이 될 수 있다. 최근 탈염화 기술을 경제적이고 효율적으로 만들 수 있는 새로운 연구결과가 발표됐다.
미국 오크리지국립연구소(Oak Ridge National Labora-tory)는 그래핀으로 만들어진 다공성 멤브레인을 이용한 기술을 완성했다. 연구진은 강하면서 매우 슬림한 그래핀을 이용해 에너지 효율성이 매우 높은 탈염화 기술을 선보였다. 그래핀은 탄소원자가 육각형 벌집모양을 이루고 있는 새로운 소재이다. 이번 연구결과는 저널 『Nature Nanotechnology』에 게재됐다.
연구진을 이끈 Shannon Mark Mahurin 교수는 “이번 연구는 프리스탠딩 다공성 그래핀을 이용해 바닷물을 정제하는 것이 가능하다는 개념을 증명한 사례”라고 설명했다. 다공성 그래핀 멤브레인은 기존 폴리머 기반의 멤브레인 기술보다 효과가 훨씬 뛰어나다고 입증된 바 있다.
증류나 역삼투 방식을 포함해 현재 개발된 물 정제기술은 가열에 필요한 에너지를 비롯해 응축 등에도 많은 에너지가 소요된다. 그러나 오크리지국립연구소의 이번 연구는 이러한 에너지 소비를 크게 줄이는 데 도움이 될 것으로 기대된다.
이번 기술의 핵심은 그래핀에 기공을 만드는 것이다. 물분자는 그래핀을 통과하기에는 상대적으로 매우 크기 때문에 기공이 없다면 물은 멤브레인 한 면에서 다른 면으로 이동할 수 없으나, 메시와 같이 촘촘한 구멍은 물분자보다 커서 쉽게 통과할 수 있다. 반면, 소금 이온은 물분자보다 상대적으로 커서 멤브레인 기공을 통과할 수 없다. 다공성 멤브레인은 역삼투를 비롯하여 여러 방면에 활용가능하다.
현재 역삼투 기술에는 폴리머가 주로 사용된다. 폴리머는 필터가 얇고 지지대를 필요로 한다는 점이 특징이며, 소금물을 한 면에서 반대편으로 강하게 밀어 보내는 압력 방식을 이용한다. 이러한 기술에서 기공의 양을 늘리고 두께를 줄이면 훨씬 많은 양을 한번에 정제할 수 있어 결국 에너지 소비를 줄이는 것으로 이어진다.
그래핀은 단원자 두께로 매우 유연하면서도 강하다. 기계적 화학적 안정성은 새로운 멤브레인 소재로서의 가능성을 보여준다. 또한, 다공성 그래핀 멤브레인은 폴리머 멤브레인에 비해 거의 영구 사용이 가능하다. 만약 이러한 그래핀을 대면적으로 만들 수 있다면 정제과정은 지금보다 훨씬 효율적이고 경제적으로 바뀔 수 있으며, 많은 나라에서 겪고 있는 물문제를 해결하는 데에도 큰 도움이 될 것이라고 연구진은 설명했다.
이번 연구는 저널 『Nature Nanotechnology』에 ‘Water Desalination Using Nanoporous Single-Layer Graphene’이라는 제목으로 게재됐다.
[출처 = KISTI 미리안『글로벌동향브리핑』/ 2015년 3월 30일 / 원문출처 : http://phys.org/news/2015-03-desalination-nanoporous-graphene-membrane.html]
[『워터저널』 2015년 5월호에 게재]