동시 발전 및 폐수 여과

2023년 2월 23일

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국립과학기술연구회

빗물, 바닷물, 지하수, 하천수, 하수, 폐수 등 다양한 수자원을 식수 또는 사용 가능한 물로 정화하는 것은 고에너지 공정입니다. 하지만 정수 과정에서 전기가 생산될 수 있다면 어떨까요? 공동연구팀이 폐수를 식수로 정화하는 동시에 전기를 생산할 수 있는 다기능 분리막을 개발했다.

한국과학기술연구원(KIST)은 전자재료연구센터 장지수 박사팀과 명지대학교 신소재공학과 윤태광 교수팀이 공동으로 첨단 기술을 개발했다고 밝혔다. 하·폐수, 해수, 지하수 등 다양한 수자원으로부터 음용수 공급과 지속적인 전력 생산을 동시에 할 수 있는 막입니다.

'샌드위치형' 멤브레인은 하단의 물을 필터링하는 다공성 멤브레인과 상단에서 전기를 생성하는 전도성 고분자로 구성됩니다. 멤브레인은 물의 흐름 방향을 제어하여 폐수를 정화하도록 설계되었습니다. 막에 수직으로 흐르는 물은 수평 방향으로 이온이 이동하여 직류를 생성합니다. 멤브레인은 10 nm 미만 크기의 오염물질을 95% 이상 거부할 수 있습니다. 따라서 폐수 속 미세플라스틱과 중금속 입자를 제거할 수 있고, 단 10μl(마이크로리터)의 물만으로 3시간 이상 연속 발전이 가능하다.

분리막은 크기 제한 없이 간단한 인쇄공정으로 제조할 수 있어 제조원가와 공정시간이 낮아 상용화 가능성이 높다.

연구팀은 실제 공장용 분리막을 개발해 폐수 수질을 먹는물 수준으로 향상시키면서 전기를 생산하는 후속 연구도 진행 중이다. KIST 장지수 박사는 “물부족 문제 해결과 친환경 에너지 생산을 동시에 할 수 있는 신기술로서 수질관리 시스템, 비상 전력 시스템."

이번 연구는 Advanced Materials에 게재되었으며, 해당 이슈의 표지에 게재되도록 선정되었습니다.

추가 정보: 장지수 외, 동시 에너지 생성 및 수질 정화를 위한 다기능 막의 양방향 수류 거동, 첨단 재료(2022). DOI: 10.1002/adma.202209076