[신기술] KIST, 미세플라스틱 제거 수상드론 개발

물 표면장력 활용한 친수성 톱니 구조 적용…제거 효율 높여

수상드론, 강·바다 등 열린 공간서 사용할 수 있어

전 세계적으로 플라스틱 사용량이 증가하면서 이로 인한 환경오염이 증가하고 있다. 경제협력개발기구(OECD)가 발표한 ‘2022 글로벌 플라스틱 전망 보고서’에 따르면, 2019년 기준 연간 4억6천만 톤 규모의 플라스틱이 생산됐으며, 이러한 추세가 지속될 경우 2060년에는 12억 톤 이상으로 증가할 것으로 전망했다.

폐기된 플라스틱의 일부는 하천과 강으로 유입돼 바다로 흘러들어가 해양오염의 주된 원인이 되고 있다. 플라스틱은 해양 쓰레기의 80%를 차지하며, 그 규모는 연간 1천200만 톤에 달한다. 플라스틱을 비롯해 플라스틱이 마모되면서 만들어지는 미세플라스틱(1㎛~5㎜)은 해양 생태계뿐 아니라 인간 건강에 위협되고 있어 이를 제거하기 위한 기술의 개발이 시급하다.

 

한국과학기술연구원(KIST) 극한소재연구센터의 김성진·문명운 박사 연구팀은 기존 미세플라스틱 제거 기술의 한계를 극복할 수 있는 친수성 톱니 구조 기반의 수중드론을 개발해 주목받고 있다.

기존 제거 기술은 필터를 통해 미세플라스틱을 걸러내는 방식으로 작동하는데, 필터가 막히는 문제를 비롯해 필터의 작은 공극으로 차압이 발생해 필터의 효율이 매우 떨어지는 문제가 발생했다. 또한 미세플라스틱 오염이 빈번하게 발생하는 호수, 강, 바다 등 열린 공간에서 사용할 수 없다는 단점을 갖고 있어 실효성이 낮았다.

김성진·문명운 박사 연구팀이 개발한 수중드론 기술은 필터가 아닌 물의 표면장력을 활용한 친수성 톱니 구조를 기반으로 해, 미세플라스틱을 효율적으로 제거할 수 있다. 친수성 톱니는 톱니 구조 사이에 형성되는 물막(Water Bridge)를 생성해 물의 표면장력을 극대화시킴으로써 미세플라스틱을 톱니 사이에 부착시키는 역할을 한다.

 

이 원리를 활용하면 1마이크로미터(㎛)에서 최대 4㎜까지 다양한 크기와 밀도의 미세플라스틱을 걸러낼 수 있으며, 막힘 현상 없이 안정적으로 미세플라스틱을 제거할 수 있다. 또한 바다, 호수, 강 등 넓은 수역에서도 실시간으로 미세플라스틱을 제거할 수 있다.

발포 폴리스티렌(Expanded Polystyrene), 폴리프로필렌(Polypropylene), 폴리에틸렌(Polyethylene) 등 다양한 미세플라스틱을 대상으로 실험해 본 결과, 80% 이상의 높은 회수 효율을 나타냈다.

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 형태로 개발할 수 있다”고 밝혔다.

 

본 연구는 과학기술정보통신부(장관 유상임)의 지원을 받아 KIST 주요사업 및 해양경찰청사업(KIMST-20210584)으로 수행됐다. 이번 연구 성과는 국제 학술지 『어드밴스드 사이언스(Advanced science)』 최신 호에 게재됐다. 

『워터저널』 2025년 1월호에 게재]