물에 떠 있는 미세 플라스틱, 수상 드론으로 잡는다

 

최근 수돗물과 생수병은 물론, 강, 호수, 바다 등에서 미세 플라스틱이 검출되며 그 심각성이 널리 알려졌다. 기존의 수처리용 필터링 기술은 크기와 모양이 다양한 미세 플라스틱을 효과적으로 걸러 내기 어렵고, 쉽게 막히는 문제가 있다. 게다가 필터가 막히지 않더라도 작은 입자를 회수하려면 필터망을 매우 촘촘하게 설계해서 차압이 크게 발생하게 되어, 필터 효율이 지나치게 낮아지는 문제가 발생한다. 더욱이 미세플라스틱 오염이 심해지고 있는 호수, 강이나 바다와 같은 열린 공간에서는 사용할 수 없다는 단점을 가져서 실효성이 많이 떨어졌다.

 

한국과학기술연구원(KIST) 극한소재연구센터 김성진·문명운 박사 연구팀은 새로운 차원의 미세 플라스틱 제거 기술을 개발해, 문제 해결에 중요한 전환점을 제시했다. 이들은 물의 표면장력을 활용한 친수성 톱니 구조를 기반으로 미세 플라스틱을 효율적으로 제거할 수 있는 수상 드론 기술을 구현했다.

 

 

 

▲친수 톱니 기술이 접목된 수상 드론(해양 로봇청소기 프로토 타입)

 

연구팀이 개발한 기술의 핵심은 친수성 톱니 구조에 있다. 이 구조는 물과의 친화력으로 인해 톱니 구조 사이에 형성되는 물막(Water bridge)을 생성하며, 물의 표면장력을 극대화시켜 미세 플라스틱을 톱니 사이에 부착시키는 역할을 한다. 이 원리를 활용하면 1마이크로미터(μm)에서 최대 4mm 크기까지 다양한 크기와 밀도의 미세 플라스틱을 걸러낼 수 있다. 이를 통해 기존의 필터링 기술이 크기와 모양의 한계로 인해 효과적으로 작동하지 못했던 문제를 개선하며, 필터의 막힘 현상 없이 안정적인 제거가 가능해진다.

 

 

 

▲마이크로 플라스틱(MP) 볼에 대한 친수성 톱니의 스키밍 메커니즘

 

이 기술은 다양한 미세 플라스틱(Expanded Polystyrene, Polypropylene, Polyethylene 등)을 대상으로 80% 이상의 회수 효율을 보였다. 특히, 수상 드론에 친수성 톱니 구조를 접목해 바다, 호수, 강 등 넓은 수역에서도 실시간으로 미세 플라스틱을 제거할 수 있다. 드론은 가정용 로봇청소기처럼 자율적으로 이동하며 수질을 정화할 수 있어, 기존 고정형 시스템의 한계를 넘어선 활용성을 보여준다.

 

 

 

▲다양한 유형의 마이크로 플라스틱 회수를 위한 톱니 드럼의 프로토 타입

 

문명운 박사는 "이번 기술은 수상 드론뿐만 아니라 양식장 수처리 필터와 같은 고정형 시스템에도 적용 가능하다"며, "가정용 수처리 필터 장치로 확장해 개인이 일상에서 사용할 수 있는 형태로도 개발할 수 있다"고 밝혔다.

 

이번 연구는 과학기술정보통신부의 지원을 받아 KIST 주요사업 및 해양경찰청사업(KIMST-20210584)으로 수행됐다. 이번 연구 성과는 국제 학술지 'Advanced science' 최신 호(논문 제목 : Capillary skimming of floating microplastics via a water-bridged ratchet.)에 게재됐다.

 

조규남 전문기자 ceo@irobotnews.com

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