해외신기술

정수처리 개선 위한 클라우드 컴퓨팅 연구

이스라엘 텔아비브대학․중국 칭화대학 연구팀 협력조
탄소 나노튜브의 미세한 진동 활용…‘포논’ 프로젝트

전 세계 약 8억 명은 아직까지 안전한 식수를 이용하지 못하고 있으며, 약 25억 명은 위생적으로 문제가 있는 환경에서 물을 마시는 것으로 나타났다. 안전하지 못한 식수와 위생적으로 적절하지 않은 물공급은 설사병과 관련된 사망 원인 중 약 90%를 차지한다. 이러한 물 위생문제는 아직까지 과학자 및 연구자들에게 과제가 되고 있다.

『Nature Nanotechnology』지에 발표된 이번 연구는 정수기술 개선을 위한 새로운 나노기술 기반 전략을 제안하고 있다. 연구 프로젝트는 포논(Phonons)이라고 불리는 탄소 나노튜브(Carbon Nanotube)의 미세한 진동을 활용했다. 포논은 정수 과정 중 필터에서 물의 확산을 크게 개선시키는데 중요한 역할을 하는 것으로 나타났다. 이번 프로젝트는 중국의 칭화대학(Tsinghua University)과 이스라엘 텔아비브 대학(Tel Aviv University)의 협력을 통해 이루어지고 있다.

텔아비브 대학의 Michael Urbakh 교수는 “우리는 매우 작은 진동을 통해 물질의 습식 또는 건식 상태와 상관없이 보다 원활하게 이동시킬 수 있다는 것을 발견했다. 물을 운반하는 나노튜브의 진동을 의미하는 포논진동(Phonon Oscillations)은 물 이동성, 위생 및 담수화 문제를 개선할 수 있다.

일반적인 정수 시스템은 나노단위의 마찰로 인해 많은 에너지를 필요로 하지만 이러한 진동을 활용한다면 물의 이동 효율을 3배 이상 개선할 수 있음을 확인했다. 이를 통해 대량의 에너지를 절감할 수 있다”고 설명했다.

연구진은 적절한 조건 하에서 어떻게 이러한 진동이 물의 확산 속도를 300% 개선할 수 있는지를 보여주었다. 이들은 컴퓨터를 활용하여 나노튜브를 통한 물분자의 흐름을 모사했으며, 그 결과 담수화 공정과 에너지 보존에 대한 중요한 시사점을 확인할 수 있었다.

IBM의 월드커뮤니티그리드(World Community Grid)를 통해 시작된 이번 프로젝트는 클라우드소싱된 컴퓨터(Crow-dsourced Computing)를 활용하고 있다. 약 15만 명 이상의 자원자들이 자신의 컴퓨터 계산능력을 이번 연구를 위해 지원한 것이다.

Urbakh 교수는 “우리의 프로젝트는 IBM의 월드커뮤니티그리드를 활용할 수 있는 권한을 확보했다. 월드커뮤니티그리드는 전세계 컴퓨터 사용자들에게 개방된 플랫폼으로 시뮬레이션 프로그램을 가동하여 보다 정확한 결과를 얻을 수 있다. 이와 같은 종류의 프로젝트는 이스라엘에서는 최초로 시도되었다.

실험실에 있는 4명의 학생들만으로는 이러한 일을 수행할 수 없으며, 컴퓨터 한대로 모든 것을 처리하기 위해서는 약 4만년의 기간이 필요하다. 이를 대신하여 전세계 약 15만대의 계산 자원을 활용하고 있다”고 말했다.

그는 “클라우드소싱 방식의 컴퓨팅의 역할은 획기적인 과학적 발견에 있어 점차 증대되고 있다. 이번 연구에서 보여주었듯이 대중의 참여로부터 혜택을 받을 수 있는 문제들의 범위가 지속적으로 증가하고 있다”고 덧붙였다.

이번 연구 중 컴퓨터 시뮬레이션은 중국 칭화대학을 졸업한 Ming Ma가 설계한 것으로, 그는 지금 텔아비브 대학에서 박사 학위 과정 중이다. 이번 국제 프로젝트에는 유니버시티 칼리지 런던의 나노기술센터(London Centre for Nanotech-nology of University College London), 스위스 제네바 대학(University of Geneva), 호주 시드니대학(University of Sydney), 모나쉬 대학(Monash University) 등이 참여하고 있다. 연구진은 새로운 진동 기술과 관련한 지식을 다양한 상업 프로젝트에 적용하는 것에 관심이 있는 기업들과 현재 협의 중에 있다.
 

[출처 = KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 2015년 7월 13일]

[『워터저널』 2015년 8월호에 게재]