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한양대 기계공학부 곽노균 교수, 물 부족 극복 위한 '전기탈이온 공정' 가시화 성공

SDGs-06
작성자
이승현
작성일
2020-11-23 17:31
조회
519
 가뭄과 물 부족 현상은 전 세계적으로 인류를 위협하는 문제 중 하나다. 이를 해결하기 위해 다양한 기술 개발과 정책적 시도들이 이루어지고 있다. 그 중 담수화 공정은 풍부한 해수의 염분을 제거해 사용 가능한 물을 생산하는 기술이다. 현재 시장을 점유하고 있는 증발법과 역삼투압법 담수화 공정은 원료인 해수를 무한정 사용할 수 있지만, 화석연료의 사용량과 공장 건설비용이 높아 지속가능성에 대한 문제가 있다. 곽노균 서울캠퍼스 기계공학부 교수는 기존의 공정을 개선하기 위해 전기막 담수화 기술을 연구 중이다.



전기막 담수화 공정과 전기투석법

전기막 담수화는 염분이 물에 녹으면 (+)전기를 띠는 양이온과 (-)전기를 띠는 음이온으로 나뉘는 것을 이용한 공정이다. 전기막 담수화의 기본 공정인 전기투석법은 전극 사이에 양·음이온을 선택적으로 통과시키는 양·음이온 교환막이 번갈아 배치된 구조를 갖는다. 전극에 전압을 가하면 양이온과 음이온은 각각 음극과 양극으로 끌려가게 된다. 이때, 교환막들은 양이온과 음이온이 각각 한쪽으로만 움직일 수 있도록 제한한다. 이를 통해 염분 이온들을 분리할 수 있고, 담수를 생산할 수 있다.
 
곽 교수는 미국 매사추세츠 공과대학(MIT) 박사과정 재학 시절 지도교수의 제안으로 전기막 담수화 연구를 시작했다. 지도교수가 나노 채널(10억분의 1m 크기 정도의 통로) 물질(이온, DNA 등)의 특이한 이동 현상이 전기막 담수화 시스템에서 발현될 거란 아이디어를 제공했다. 곽 교수는 실제 나노 채널에서 나타나는 이온 전달 및 유동 현상들이 전기투석법에서도 발생하는 것을 최초로 가시화했다. 현재 기존의 전기막 담수화 장치의 효율을 개선하고, 개선된 담수화 장치를 이용한 음용수, 산업용수, 하수, 폐수 등의 수처리 기술과 새로운 담수화 시스템을 개발 중이다.

개선된 담수화 공정, 전기탈이온 공정

전기투석법은 염분과 같은 이온성 물질을 100% 제거할 수 없다. 이를 보완하기 위해 전기탈이온 공정이 등장했다. 이 공정은 기존 전기투석법의 구조에서 염수가 지나가는 통로에 이온교환수지(이온을 선택적으로 제거할 수 있는 물질)를 넣어 염분의 제거 효율을 높인다.
 
전기탈이온 공정은 초순수(극도로 정제한 물) 생산에 필수적인 공정이다. 초순수 생산 공정은 최근 반도체 생산 공정에 필요한 전략물자품목으로 지정됐으며, 국내에 원천기술이 없다. 곽 교수와 그의 제자인 박수동(융합기계공학 석사과정) 씨는 전기탈이온 공정 내부를 가시화할 수 있는 기술과 이를 최적화할 수 있는 기술을 연구했다. 현재는 관련 원천기술 및 공정의 확보와 기존 공정의 한계 극복을 목표로 하고 있다.



곽 교수는 자신을 믿고 따라와 주는 제자들에게 고마움을 표했다. “제가 ‘이달의 연구자’로 선정될 수 있었던 것은 학생이 쓴 첫 논문 덕분입니다. 아무런 레퍼런스나 정보도 없는 상황에서 저를 선택해 열심히 연구해준 덕분에 좋은 성과를 낼 수 있었어요. 이 학생들에게 감사를 표합니다”

원본기사 : http://www.newshyu.com/news/articleView.html?idxno=823243
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