▲ 서울대 전기정보공학부 김성재 교수, 기계항공공학부 김호영 교수 공동 연구팀 (서울대 공대 제공)
(왼쪽부터 김성재 교수, 김호영 교수, 이효민 박사, 박성민 연구원, 정연수 연구원)

서울대 공대(학장 이건우)는 전기정보공학부 김성재 교수와 기계항공공학부 김호영 교수 공동 연구팀이 외부 전원 공급이 없는 자발적 담수화 메커니즘을 세계 최초로 규명하였다고 1일 밝혔다.

자발적 담수화 메커니즘은 이온 선택성을 갖는 나노구조체의 모세관 힘만을 이용한 것이다. 공동 연구팀은 나노구조체가 염수를 흡수할 경우, 양이온만을 선택적으로 흡수하는 동시에 구조체 표면 근처에 남겨진 음이온들이 상호 반발을 하며 이온공핍층을 형성함을 실험으로 검증하였다. 이렇게 자발적으로 형성된 이온공핍층 내부 염분 농도는 90% 이상 낮아지기 때문에 외부 전원이 없는 에너지를 이용해 담수가 가능하다.

해당 메커니즘은 새로운 물리적 현상에 기반하여 기존에 존재하지 않던 무전원 담수화 기법을 최초 제시했다는 점에서 의미가 있다. 물 부족 현상을 해결하기 위해 다양한 해수담수화 기법이 개발되고 있지만 여기에 소비되는 막대한 양의 에너지가 또 다른 환경 문제를 야기하고 있는 만큼, 위와 같은 메커니즘이 담수 관련 인프라가 부족한 곳에 유용하게 활용될 수 있을 것으로 보인다.

김성재 교수는 “이러한 메커니즘은 공장과 같은 대규모 담수 시설보다 휴대용 장치 및 인프라와 자본이 부족한 제3세계와 재난 지역에서 유용하게 이용될 수 있을 것”이라며, “논문 편수와 같은 단순 정량적 실적에 치중하지 않고, 그동안 존재하지 않았던 새로운 것을 규명함과 동시에 인류 사회에 공헌할 수 있는 주제를 장기간 연구할 수 있는 환경이 보다 확대되길 바란다”고 말했다.

해당 연구는 삼성미래기술육성사업 과제로 선정되어 2014년부터 지원받고 있다. 또한 연구 결과가 세계적으로 주목 받아 자연과학분야 최고 권위 학술지 <네이쳐커뮤니케이션즈(Nature Communications>에도 연구 논문이 게재되었다.

한편 김성재 교수는 포항공대 화학공학과에서 박사 학위 취득 후 현재 서울대 전기정보공학부 부교수로 재직 중이며, 김호영 교수는 미국 MIT 기계공학과에서 박사 학위 취득 후 서울대 기계항공공학부 교수로 재직 중이다. 해당 연구는 김성재, 김호영 교수가 지도하고 서울대 전기정보공학부 박사 후 과정 이효민 박사와 박성민 연구원, 기계항공공학부 정연수 연구원이 주도적으로 진행하였다.

■ 그림 설명

▲ 외부 전원이 필요 없는 무전원 담수화 마이크로 장치:
시간에 따라 나노구조물 주변의 염수가 빠지는 실험적 과정을 보여줌 (서울대 공대 제공)