경희대 유정목 교수 연구팀, 셀룰로오스 기반 물 정화 기술 개발

(용인=뉴스1) 김평석 기자 = 경희대학교는 융합바이오·신소재공학과 유정목 교수 연구팀이 셀룰로오스 나노섬유(CNF)를 기반으로 한 태양광열 증발기를 제작해 물 부족 문제 해결을 위한 새로운 기술적 접근을 제시했다고 23일 밝혔다.

유 교수팀이 제작한 증발기는 CO2 레이저 탄소화 공정과 아이스-템플레이팅(Ice-Templating) 기법을 결합해 효율적인 물 증발과 환경 친화적인 물 처리를 실현, 기존의 고비용 담수화 기술을 대체할 가능성을 시사한다고 경희대는 전했다.

연구팀은 셀룰로오스를 주요 소재로 활용한 태양광열 증발기를 설계해 문제 해결에 나섰다. 셀룰로오스는 나무와 식물에서 자연적으로 얻을 수 있는 물질이다. 생분해가 가능하고 환경에 미치는 영향이 적다.

연구팀은 셀룰로오스를 셀룰로오스 나노섬유 형태로 가공해 물을 빠르게 전달할 수 있는 섬유 구조를 만든 후, 이를 셀룰로오스 에어로겔(Cellulose Aerogel, CA)로 변형해 증발 성능을 최적화했다.

또 태양광열 증발기의 성능을 높이기 위해 두 가지 혁신적인 공정을 적용했다. 첫째, 아이스-템플레이팅 기법을 사용해 다공성 구조를 형성, 물 흐름을 원활하게 하고 물의 빠른 전달을 가능하게 했다. 둘째, CO2 레이저 탄소화 공정을 통해 탄소층을 증발기 표면에 형성했다. 이 탄소층은 태양광을 효율적으로 흡수하고 열로 변환해 물 증발 효율을 크게 향상시키는 중요한 기술적 요소로 작용했다.

제작된 태양광열 증발기는 물 증발 속도와 효율성 면에서 우수한 성과를 기록했다고 연구팀은 밝혔다.

순수 물에서 1.9kg m⁻² h⁻¹의 증발률과 83.8%의 증발 효율을 달성했으며, 모의 해수 환경에서도 안정적으로 작동했다.

연구팀은 증발기 표면에 폴리디메틸실록산(PDMS)을 덧입혀 부력을 향상시키고 열 손실을 줄여 안정적인 성능을 유지할 수 있도록 설계했다.

유정목 교수는 “개발된 기술은 물 부족 지역에서의 해수 담수화, 농업용수 정화, 산업 폐수 처리 등 다양한 분야에 실용적으로 적용될 수 있다”며 “셀룰로오스와 같은 친환경 소재를 사용해 기존 담수화 기술에서 발생하는 환경오염 문제를 해결하는 동시에, 경제적이고 지속 가능한 물 처리가 가능하다는 점에서 의의가 크다”고 말했다.

연구팀은 이번 성과를 바탕으로 환경 친화적이고 경제적인 물 처리 기술의 상용화를 추진하고, 물 부족 문제 해결을 위한 지속 가능한 기술 개발을 이어갈 예정이다.

연구팀의 성과는 지난달 17일 세계적인 학술지인 ‘Advanced Functional Materials’에 온라인으로 게재됐다.

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