나노분리막 통한 해수 에너지화 개발, 화공 분야 Key Scientific Article 선정

[이데일리 김현아 기자] GIST(광주과학기술원) 지구환경공학부 최희철 교수팀(나노물처리공학 연구실)의 연구 성과가 공학 분야 글로벌 연구정보 서비스인 ‘어드밴시스 인 엔지니어링(Advances In Engineering)’이 발표하는 ‘주목해야 할 발견(Key Scientific Article)’에 선정됐다.

GIST(광주과학기술원) 지구환경공학부 최희철 교수

‘어드밴시스 인 엔지니어링’은 대학과 연구기관의 연구자, 글로벌 기업의 전문가들에게 공학 분야(화학토목·전기·화학·기계·나노·재료·물리·바이오·의학)의 최신 연구 동향 정보를 요약·소개하는 웹사이트다.

여기서는 전 세계 과학기술 연구 성과들을 평가해 분야별로 파급력 높은 성과를 ‘주목해야 할 발견’으로 선정해 발표하고 있다.

‘화학공학(Chemical Engineering)’ 분야의 ‘주목해야 할 발견’에 선정된 최 교수팀의 연구 성과는 자체 개발한 ‘나노기반 초박형 분리막’을 이용해 해수(海水)로부터 친환경 에너지를 생산해 낸 것이다.

관련논문은 올해 1월 화학 공학 분야의 세계적인 학술지인 케미컬 엔지니어링 저널(Chemical Engineering Journal)에 게재됐었다.

연구팀은 해수와 강물이 만나는 곳에서 자연적으로 발생하는 삼투압을 에너지화 하기 위한 압력지연삼투법에 대해 연구하면서, 세계 최초로 탄소나노튜브를 분리막의 지지체에 고정한 나노복합 초박형분리막(이하 ‘나노분리막’)을 개발했다.

압력지연삼투법이란 해수와 강물이 분리막을 사이에 두고 만나면 삼투압 차이에 의해 강물에서 해수 쪽으로 물 흐름이 생긴다. 이때 발생한 삼투압은 약 270미터 낙폭의 폭포에서 물을 떨어뜨리는 것과 같은 힘을 가지며 투과한 물로 터빈을 돌려 에너지를 생산하게 되는데, 이를 압력지연삼투 공정이라 한다.

연구팀이 개발한 나노분리막은 기존 분리막에 비해 해수(海水)에 함유된 이온을 안정적으로 분리하면서도 투과성이 2배 이상 높아 해수의 에너지 성능을 극대화할 수 있으며, 기존 초박형분리막 대비 110% 향상된 에너지 생산량을 얻을 수 있었다.

개발된 나노분리막은 기존 합성 공정을 그대로 적용할 수 있으며, 생산 단가 상승률이 낮아(2% 미만) 상용화 가능성이 매우 높다.

이번 성과에 적용된 기술은 특허 출원(미국, PCT) 또는 등록(대한민국)이 완료됐으며, 정부와 산업계의 지원을 받아 상용화가 진행되고 있다.

최희철 교수는 “이 성과가 향후 해수를 이용한 독립적인 대체에너지 생산 공정에 활용될 경우 다른 나라와의 대체에너지 개발 경쟁과 기후 변화로 인한 물 부족 문제 관련 연구에서 우리나라가 우위를 점할 수 있을 것”이라며 “또한 친환경 해수담수화 공정에도 활용돼 해수담수화 플랜트 해외 수출에서 경쟁력을 높일 수 있을 것”이라고 말했다.

최희철 교수(교신저자)가 주도하고 손문 박사과정생(제1저자)이 수행한 이 연구는 미래창조과학부 산하 연구성과실용화진흥원과 한국연구재단이 추진하는 기술업그레이드 R&D사업 및 중견연구자지원사업 지원으로 수행됐다.

논문명은 Thin-film nanocomposite membrane with CNT positioning in support layer for energy harvesting from saline water (Volume 284, pages 68-77)이다.