▲ 한국과학기술연구원 물자원순환연구단 최재우·조경진 박사 연구팀이 개발한 수처리 신소재(출처: 한국과학기술연구원)

국내 연구진이 녹조를 유발하는 인(燐)과 유해 미생물을 제거하면서 에너지 절감이 가능한 소재를 개발해 공공 상하수도 시스템 등 다양한 수처리 시설에 활용이 가능할 전망이다.

한국과학기술연구원(KIST, 원장 오상록)은 물자원순환연구단 최재우·조경진 박사 연구팀이 단시간에 인을 고효율로 회수하고, 동시에 유해 미생물을 살균할 수 있는 수 처리 신소재를 개발했다고 21일 밝혔다.

개발된 소재는 물속 총대장균군을 효과적으로 살균하는 동시에, 녹조의 원인이 되는 인을 빠르게 제거·회수할 수 있는 이중 기능을 갖추고 있다. 회수된 인은 비료, 청관제, 세제 등 다양한 산업 소재로 재활용이 가능해, 단순 정화를 넘어 순환 경제 실현에도 기여할 수 있다.

연구팀은 성게 모양의 나노 구조를 활용해 세계 최고 수준의 인 회수 성능을 구현했다. 개발된 소재는 1kg당 약 1.1kg의 인산염을 단 5분 만에 회수할 수 있으며, 이는 기존 기술 대비 매우 빠르고 효율적인 수준이다.

특히, 이번 기술은 전기 없이 작동 가능한 친환경 시스템으로 구성돼 있다. 외부에서 자석의 자기장을 활용해 소재의 움직임을 정밀하게 제어할 수 있어, 기존 수처리 기술 대비 소비되는 에너지를 99% 이상 절감할 수 있다. 이를 통해 탄소 배출과 에너지 비용을 줄일 수 있어, 물 부족과 기후 위기에 대응하는 유망한 대안 기술이 될 수 있다.

개발된 신소재와 제어 기술은 하수처리장, 정수장, 축산 및 산업 폐수 처리 현장 등 다양한 수처리 환경에 적용 가능하다. 특히 인과 같은 영양염류 농도가 높은 산업·농업 현장에서 녹조 유발 물질 제거와 자원 회수를 동시에 달성할 수 있다. 해당 기술은 살균 기능까지 갖추고 있어 안전한 수자원 확보에도 효과적이다. 별도의 전력이나 복잡한 설비 없이도 설치와 운영이 가능해, 에너지 인프라가 부족한 지역이나 농촌 지역에서도 활용이 용이하다.

향후에는 휴대형 수처리 장치, 자연재해 대응용 응급 정화 시스템, 저개발국가용 이동식 설비 등으로도 확대 적용이 기대되며, 공공 상하수도 시스템은 물론 스마트팜, 정밀농업, 친환경 산업단지 등 다양한 친환경 기술 기반 산업 분야에서도 활용될 수 있다.

KIST 최재우 박사는 “이번 연구는 인 제거와 미생물 살균이라는 두 공정을 하나로 통합한 데 의의가 있으며, 이를 통해 다양한 수질 환경에 적용 가능한 저에너지 수처리 솔루션을 제시할 수 있게 됐다”고 밝혔다.

KIST 조경진 박사는 “염소 약품이나 전기 없이도 총대장균군을 효과적으로 살균할 수 있음을 보여준 점에서 의미가 있으며, 향후 에너지 절감형 살균 기술로 발전 가능할 수 있을 것”이라고 말했다.

제1저자 정영균 박사는 “이번 연구의 핵심은 성게 구조 소재로 인을 빠르게 회수하고, 자기장으로 물속 입자를 정밀 제어하는 공정을 구현한 것”이라며, “향후 다기능 수처리 시스템으로 확장 가능성이 크다”고 설명했다.