고려대학교(총장 김동원) 기계공학부 김혜정 교수 연구팀이 태양광만으로 물속 오염물질을 제거할 수 있는 휴대형 수처리 장치를 개발했다고 31일 밝혔다.

최근 물 부족과 수질 오염 문제가 심화되면서 화학약품 대신 자연 에너지를 활용한 친환경 수처리 기술이 주목받고 있다. 하지만 기존 광촉매 기반 정화 장치는 대부분 딱딱한 구조로 제작돼 야외 현장이나 곡면 환경에 적용하기 어렵고, 오염수와 촉매의 접촉 효율에도 한계가 있었다.

연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 태양광으로 작동하는 유연형 광촉매 마이크로리액터를 개발했다. 마이크로리액터는 미세한 관 내부에서 물질을 연속적으로 흐르게 해 반응 효율을 높이는 소형 장치다.

특히 장치 내부에 3차원 격자형 혼합 구조를 적용해 물의 흐름을 효과적으로 제어하고 오염물질과 광촉매의 접촉 빈도를 높였다. 그 결과 연속 흐름 조건에서 최대 99.4%의 오염물질 제거 효율을 기록했다.

장치는 휘어지거나 비틀리는 환경에서도 안정적으로 작동했다. 연구팀은 약 1㎜ 수준의 작은 곡률 반경에서도 손상 없이 변형이 가능하다는 사실을 확인했다.

또한 가로 8㎝, 세로 16㎝ 크기의 대면적 장치를 제작해 실제 야외 태양광 환경에서 성능을 검증한 결과 96.9%의 오염물질 제거 효율을 나타냈다. 여기에 소형 펌프와 배터리를 결합한 휴대형 순환 시스템을 구현해 장시간 운전 조건에서도 안정적인 정화 성능을 유지했다.

김혜정 교수는 “이번 기술은 별도의 화학약품 없이 태양광만으로 오염수를 정화할 수 있는 친환경 수처리 플랫폼”이라며 “휴대형 정수장치와 곡면 부착형 수처리 시스템 등 다양한 현장형 환경 정화 기술로 확장할 수 있을 것”이라고 말했다.

이번 연구 결과는 화학·환경공학 분야 국제학술지 ‘케미컬 엔지니어링 저널(Chemical Engineering Journal)’에 게재됐다. 연구는 한국연구재단과 한국기초과학지원연구원(KBSI)의 지원을 받아 수행됐다.