논문명과 저자 정보는 다음과 같다.  

- 논문명 : Development of a Desaliantion Membrane Bioinspired by Mangrove Roots for Spontaneous Filtration of Sodium Ions  

- 저자 정보 : 이상준 교수(교신저자, 포항공대), 김기웅(제1저자, 포항공대), 김혜정(공동저자, 포항공대), 임재홍(공동저자, 포항가속기연구소)

논문의 주요 내용은 다음과 같다.  

1. 연구의 필요성

물 부족 사태는 가장 시급히 해결해야 할 전 세계적인 문제이다. 물 부족 국가는 점차 늘어나고 있다. 이에 따라 지구상에 존재하는 물의 대부분을 차지하는 바닷물을 담수화하여 물 부족 문제를 해결하고자 하는 노력이 계속 되고 있다.

하지만 기존의 해수담수화 방법은 과다한 에너지 사용, 제 3국가나 오지에는 설치하기 어려운 점 등 해결하기 어려운 문제점이 있다.

2. 연구 내용

맹그로브의 뿌리에서 일어나는 염분 제거 메커니즘을 생체 모방하여 후처리 공정 없이 지속적으로 해수를 담수화시킬 수 있는 기술을 구현하였다.

인공적으로 제작한 PET* 멤브레인*에 양전하를 갖는 물질(PAH : poly-(allylamine hydrochloride))과  음전하를 갖는 물질(PAH : poly-(allylamine hydrochloride))을 층층(layer-by-layer) 적층(deposition) 방식으로 여러 층으로 씌워서 맹그로브 뿌리와 유사한 정전기적 특성을 갖는 생체모방형 담수화 멤브레인을 제작하였다.

 *폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET) : 내열성, 강성, 전기적 성질, 내유성 등이 뛰어나 합성섬유와 필름의 원료로 많이 사용되는 플라스틱 소재

*멤브레인(membrane, 여과막) : 액체에 용해된 용존 물질을 분리할 수 있는 다공성 막으로 해수의 염분을 제거하는 역할을 함

상기 생체모방형 멤브레인을 이용하여 100밀리몰(mM)의 염화나트륨(NaCl) 수용액을 필터링한 결과, 약 96.5%의 염분이 걸려졌다.

실험이 진행된 3일간 토출 유량이 7.6 리터(단위면적, 단위시간당, m2h)로 거의 일정하게 유지되었다. 이는 파울링* 현상으로 인한 유량 감소가 발생하지 않는다는 사실을 나타낸다.

또한 이 멤브레인을 이용하여 필터링 횟수를 늘리면 실제 바닷물(약 310mM)도 토출 유량* 2.3리터(단위면적, 단위시간당, m2h)로 담수화 시킬 수 있음을 확인하였다.

*파울링 : 여과막에서 여러 가지 원인에 의해 막이 오염되거나 막히는 현상

*토출 유량 : 막을 통과하여 나오는 유체의 양

3. 연구 성과

맹그로브라는 염생식물의 뿌리가 가진 물 정화 메커니즘을 생체모방하여 기존의 담수화 기술과는 유사한 물 정화 성능을 보이면서 막의 막힘, 높은 에너지 소비 등의 문제점들이 발생하지 않는 지속 가능한 해수담수화 기술을 구현하였다.

기존의 해수담수화 기술과 유사한 물 정화 성능(96.5%의 염분 제거)을 보이면서 보다 제작과정이 간단하고 작은 규모의 설비로 구동이 가능하여 개발도상국, 오지와 같은 작은 마을에서도 활용이 가능하다.

차별화된 특색 있는 전략으로 새로운 개념의 담수화 기술을 창출할 수 있기 때문에 기술이전 및 상업화의 가능성도 높을 것으로 생각된다. 또한 유사한 물질전달현상을 이용하는 다른 분야에도 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

이상준 교수는 “이번 연구성과는 맹그로브 뿌리의 물 정화 매커니즘을 생체모방한 새로운 멤브레인 기술을 도출하여 해수를 담수로 바꾸는 기술을 개발한 것이다. 이 기술은 저렴한 비용으로, 효율적이고, 안정적으로 해수를 담수화할 수 있다. 향후 해수 담수화를 통해 생활용수, 농업용수,  식수를 바닷물로부터 보다 효과적으로 얻을 수 있을 것으로 기대된다.“라고 연구의 의의를 설명했다.