기름 섞인 바닷물도 식수로…권우성 교수팀, 태양광 활용 '야누스 분리막' 개발
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- 작성자 커뮤니케이션팀
- 보도일자 2026-06-12
(왼쪽부터) 화공생명공학과 권우성 교수, 서세정 연구원
화공생명공학부 권우성 교수 연구팀이 태양광을 활용해 기름에 오염된 바닷물을 깨끗한 식수로 만들어내는 고효율 분리막(멤브레인) 기술을 개발했다. 글로벌 물 부족 분제와 해양 오염을 동시에 해결할 차세대 수자원 확보 기술로 주목된다.
이번 연구는 '기름-물 분리'와 '태양광 해수 담수화'를 동시에 수행하는 비대칭 구조의 '야누스 하이드로젤 분리막(Janus hydrogel membrane)'을 개발한 것이 핵심이다.
연구팀에 따르면 기존 '태양광 기반 계면 증발(solar-driven interfacial evaporation)' 방식의 담수화 기술은 친환경적이고 에너지 소모가 적어 차세대 기술로 각광받아왔다. 하지만 실제 기름이 섞인 바닷물이나 산업 폐수에 적용할 경우, 기름방울이 분리막의 기공을 막거나 표면에 소금 결정이 쌓여 수분 증발 효율이 떨어지는 한계가 있었다.
연구팀은 두 얼굴을 가진 로마 신 '야누스'처럼 양면의 성질이 다른 비대칭 구조의 분리막으로 이 난제를 해결했다. 먼저, 물이 닿는 하단부는 물을 좋아하는 친수성 하이드로젤(CS-PVA) 층으로 설계해 기름의 침투를 99.99% 이상 차단하고 깨끗한 물만 위쪽으로 통과하도록 했다.
반면, 햇빛을 받는 상단부는 물을 밀어내는 소수성 고분자와 '질소가 도핑된 탄소 껍질에 둘러싸인 산화구리 나노입자(CuO@NC-PVDF)'로 구성했다. 이 상단부는 태양광을 흡수해 열을 발생시키는 광열 역할을 하는 동시에, 아래에서 올라온 수분이 분리막 내부로 깊숙이 스며드는 것을 막아 열에너지를 표면에만 집중시킨다. 이를 통해 물을 빠르게 수증기로 증발시키는 구조를 구현했다.
연구팀이 개발한 분리막은 1 태양광(1 sun) 조건에서 분리막 표면 온도가 최대 45℃, 건조 상태에서는 72℃까지 상승했다. 기존 단일 기능 분리막 대비 증발률은 2.8배 향상된 시간당 1.29kg/㎡였고, 태양광-수증기 변환 효율도 86.4%로 뛰어났다.
내구성과 경제성도 입증했다. 해안가에서 채취한 기름 섞인 바닷물을 이용한 반복 공정에서도 표면에 소금 결정이 쌓이거나 성능이 저하되지 않았고, 기존 일회성 분리막과 달리 재사용도 가능해 운영 비용을 약 4.7배 절감하는 것으로 나타났다.
권우성 교수는 "이번 연구는 태양광 담수화 시스템의 가장 큰 난제였던 기름 오염과 소금 결정화 문제를 독창적인 '야누스 구조'로 동시에 해결한 융합 연구의 쾌거"라며 "오염 환경에서도 성능과 안정성을 증명한 만큼, 향후 지속 가능한 식수 확보와 산업 폐수처리 시스템에 광범위하게 응용될 것"이라고 밝혔다.
이번 연구는 부산대 환경에너지연구소 정상현 교수 연구팀과 공동으로 수행됐으며, 수자원 및 해수 담수화 분야의 세계적 권위지 'Desalination(IF=9.8, JCR 3% in Water Resources)' 2026년 636호에 게재됐다. 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 중견연구자지원사업과 나노 및 소재기술개발사업의 지원을 받았고, 제1저자로 숙명여대 화공생명공학과 서세정 연구원과 부산대 변시영·심지하 연구원, 교신저자로 숙명여대 화공생명공학부 권우성 교수, 부산대 정상현 교수가 참여했다.