KIST, 전기 없이 작동하는 ‘친환경 수처리 나노소재’ 개발

• KIST, ‘친환경 수처리 나노소재’
• 인 회수와 대장균 살균 동시에

한국과학기술연구원(KIST)이 전력 없이도 작동하는 차세대 수처리 소재를 개발했다. 이 소재는 단시간 내에 하수에서 인을 고효율로 회수하고, 동시에 유해 미생물인 총대장균군까지 효과적으로 제거할 수 있다. 물 순환의 자원화와 위생 문제를 동시에 해결할 수 있는 기술로, 향후 에너지 인프라가 부족한 지역에서도 활용이 가능할 전망이다.

이번 기술은 KIST 물자원순환연구단 최재우·조경진 책임연구원 연구팀이 개발한 것으로, 지난달 국제학술지 Advanced Composites and Hybrid Materials에 게재됐다.

성게 구조 나노소재로 5분 내 인 회수, 전기 없이 자가 작동

연구팀은 자성 나노입자를 성게처럼 성장시킨 구조체를 기반으로 새로운 수처리 소재를 설계했다. 이 구조는 음이온층과 금속 수산화층이 반복적으로 배열돼 있어, 음이온층 사이에 인산염이 효과적으로 포획되도록 유도한다.

실험 결과, 이 소재는 단 5분 만에 1㎏당 약 1.1㎏의 인산염을 회수할 수 있었으며, 이는 기존 기술 대비 탁월한 효율을 보인다. 회수된 인은 비료나 산업용 원료로 재활용 가능해, 수처리 후 자원화 단계까지 고려된 순환형 시스템이라 할 수 있다.

무엇보다 주목할 점은 이 소재가 전기를 전혀 사용하지 않고도 자기장만으로 작동 가능하다는 점이다. 외부 자기장으로 소재의 위치나 분포를 조절할 수 있어, 기존 수처리 시스템 대비 에너지 소비를 99% 이상 줄일 수 있다.

화학약품 없이도 대장균 살균… 물 위생 기술의 전환점

또한 이 소재는 인 제거와 동시에 총대장균군 등 유해 미생물을 살균하는 능력도 입증됐다. 염소계 약품이나 자외선, 오존 등 고비용 설비 없이도 살균 효과를 발휘해, 저소득 국가나 에너지 인프라가 부족한 지역에서의 응용 가능성도 높다.

KIST 최재우 책임연구원은 “하나의 공정으로 인 제거와 미생물 살균을 동시에 해결할 수 있는 점에서 의미가 크며, 다양한 수질 환경에 적용 가능한 저에너지 수처리 솔루션으로 확장될 수 있다”고 말했다.

조경진 책임연구원 역시 “전력이나 화학약품 없이도 대장균을 효과적으로 제거할 수 있는 사례를 제시한 만큼, 향후 에너지 절감형 살균 기술로의 발전 가능성을 보여준다”고 강조했다.

하수처리장부터 재난 현장까지 적용 가능

이 기술은 하수처리장, 산업폐수 처리시설, 농업용수 정화 등 기존 수처리 시설에 적용할 수 있을 뿐 아니라, 별도 전력이 없는 재난 현장이나 개발도상국의 수질 위생 개선에도 적합하다.

KIST는 이번 성과가 ‘지속가능한 수처리 기술’이라는 세계적 과제에 대응할 수 있는 국산 기술로 자리잡기를 기대하고 있다.

김지윤 기자/ hello@sciencewave.kr