달걀 흰자, 바닷물 속 미세플라스틱 걸러내는 물질로 변신

2022년 11월 4일

프린스턴 대학교 줄리아 슈워츠(Julia Schwarz)

프린스턴 엔지니어링(Princeton Engineering) 연구원들은 아침 식사 음식을 바닷물에서 염분과 미세 플라스틱을 저렴하게 제거할 수 있는 새로운 소재로 바꾸는 방법을 찾았습니다.

연구자들은 달걀 흰자를 사용하여 물 여과, 에너지 저장, 방음 및 단열을 포함한 다양한 유형의 응용 분야에 사용할 수 있는 가볍고 다공성 물질인 에어로겔을 만들었습니다. 수잔 도드 브라운(Susan Dod Brown) 기계항공우주공학 교수이자 프린스턴 대학 혁신 담당 부학장인 크레이그 아놀드(Craig Arnold)는 자신의 연구실과 협력하여 엔지니어링 응용을 위한 에어로겔을 비롯한 새로운 재료를 개발하고 있습니다.

어느 날 교수회의에 앉아 있던 그는 한 가지 아이디어를 떠올렸습니다.

Arnold는 "저는 거기 앉아서 샌드위치 속 빵을 바라보고 있었습니다."라고 말했습니다. "그리고 저는 이것이 바로 우리에게 필요한 구조라고 생각했습니다." 그래서 그는 자신이 찾고 있던 에어로겔 구조를 재현할 수 있는지 알아보기 위해 연구실 그룹에게 탄소와 혼합된 다양한 빵 조리법을 만들어 달라고 요청했습니다. 처음에는 어느 것도 제대로 작동하지 않았기 때문에 팀은 테스트하면서 재료를 계속 제거했고 결국에는 달걀 흰자만 남았습니다.

Arnold는 "우리는 더 복잡한 시스템으로 시작했습니다. 그리고 핵심에 도달할 때까지 계속해서 줄이고, 줄이고, 줄였습니다. 구조를 이끄는 것은 달걀 흰자위의 단백질이었습니다."라고 말했습니다. 우리에게 필요했던 것."

달걀 흰자는 산소가 없는 환경에서 동결 건조하고 섭씨 900도까지 가열하면 탄소 섬유와 그래핀 시트의 상호 연결된 가닥 구조를 만드는 거의 순수한 단백질의 복잡한 시스템입니다. 8월 24일 Materials Today에 발표된 논문에서 Arnold와 그의 공동저자들은 생성된 물질이 바닷물에서 소금과 미세 플라스틱을 각각 98%와 99%의 효율성으로 제거할 수 있음을 보여주었습니다.

논문 제1저자인 세무스 오즈덴(Sehmus Ozden)은 “달걀 흰자는 스토브에서 먼저 튀기거나 휘저어도 효과가 있었습니다.”라고 말했습니다. Ozden은 프린스턴 복합 재료 센터의 박사후 연구원이었고 현재 Aramco 연구 센터의 과학자입니다. Ozden은 일반 상점에서 구입한 계란 흰자를 초기 테스트에 사용했지만 다른 유사한 시중에서 판매되는 단백질도 동일한 결과를 나타냈다고 Ozden은 말했습니다.

Arnold는 "계란은 우리 모두가 계란에 연결될 수 있고 쉽게 얻을 수 있기 때문에 멋지지만 식품 순환에 맞서 경쟁하는 것을 조심해야 합니다"라고 말했습니다. 다른 단백질도 효과가 있었기 때문에 이 물질은 잠재적으로 식량 공급에 영향을 주지 않고 상대적으로 저렴하게 대량으로 생산될 수 있습니다. 연구원들의 다음 단계 중 하나는 제조 공정을 개선하여 더 큰 규모로 정수에 사용할 수 있도록 하는 것이라고 Ozden은 말했습니다.

이 과제가 해결될 수 있다면 이 소재는 생산 비용이 저렴하고 사용 에너지 효율적이며 효율성이 높기 때문에 상당한 이점을 갖게 됩니다. "활성탄은 정수에 사용되는 가장 저렴한 재료 중 하나입니다. 우리는 결과를 활성탄과 비교했는데 훨씬 더 좋았습니다"라고 Ozden은 말했습니다. 작동을 위해 상당한 에너지 투입과 과도한 물이 필요한 역삼투와 비교할 때, 이 여과 공정은 작동을 위해 중력만 필요하고 물을 낭비하지 않습니다.

Arnold는 물의 순도를 "주요 과제"로 보고 있지만 이것이 이 재료의 유일한 잠재적인 응용 분야는 아닙니다. 그는 또한 에너지 저장 및 단열과 관련된 다른 용도도 모색하고 있습니다.

이 연구에는 프린스턴과 다른 곳의 화학 및 생물공학과, 지구과학과의 기여가 포함되었습니다. Arnold는 "실험실에서 무언가를 만드는 것과 그 이유와 방법을 이해하는 것은 또 다른 문제입니다."라고 말했습니다. 이유와 방법에 대한 질문에 답하는 데 도움을 준 공동 연구자로는 분자 수준에서 달걀 흰자 단백질의 변형 메커니즘을 식별하는 데 도움을 준 화학 및 생물 공학 분야의 Rodney Priestley 교수와 A. James Link가 있습니다. 지구과학 분야의 프린스턴 동료들은 물 여과 측정을 지원했습니다.