인체 정전기 이용해 오염수를 식수로 정화
- - 위생시설 및 전기 부족한 저개발 국가 식수 안전 기대 -
□ 보행 중 발생하는 인체 정전기와 전도성 고분자 나노로드*를 이용해 병원균에 오염된 물을 정화하는 휴대형 물병이 개발되었다.
* 나노로드 : 단면의 지름이 나노미터(1나노는 10억분의 1미터) 정도의 극미세선.
□ 한국연구재단(이사장 이광복)은 연세대학교 신소재공학과 김상우 교수(제1저자 김영준 박사)와 중국 인민대 및 칭화대 국제공동연구팀이 전기천공법*을 활용해 수인성 병원균을 사멸시키는 휴대용 장치를 개발했다고 밝혔다.
* 전기천공법 : 병원체의 인지질 이중막 주변에 강한 전기장을 인가하면 전기장 주변에 이온이 축적되고, 축적된 이온이 강한 압축 응력을 형성하여 인지질 이중막에 구멍을 형성하는 기술.
□ 수인성 병원균은 염소처리 및 막 여과와 같은 수처리를 한 물에서도 유통과 저장 과정에서 퍼질 수 있다. 때문에 위생 시설이 부족한 지역에서는 병원균에 오염된 식수가 주민 건강을 심각하게 위협하는 요인이다.
○ 상수도가 부족한 저개발 지역을 위해 정수기능을 갖춘 휴대용 물병 보급이 추진되어 왔지만, 휴대용 물병에 염소 처리와 자외선 조사 같은 전통적인 수처리 기술을 적용하는 데 한계가 있었다.
○ 최근 전기 및 광촉매를 통해 활성산소를 생성하여 정수하는 방법이 도입되었지만, 별도의 에너지원이 필요한 단점이 있다.
□ 연구팀은 보행 시 발생하는 정전기를 수확하여 전기장을 만들고, 이를 전도성 고분자 나노로드로 극대화 시켜 물통 속에 존재하는 병원체를 사멸시키는 기술을 개발하였다
○ 보행 중 발생하는 정전기는 보행 속도가 빠를수록 더 큰 전기장을 만드는데, 경보수준의 빠른 걸음에서 493 V의 전압을 얻을 수 있다.
○ 보행으로 발생한 정전기는 전도성 고분자 나노로드를 통해 집속되고, 강한 전기장 주변을 지나는 병원체는 전기천공법에 의해 사멸되었다.
□ 연구팀은 정수된 물을 전자현미경으로 관찰하여 바이러스 및 박테리아 표면에 구멍이 형성되어 완벽히 사멸되었음을 확인하였다.
○ 휴대용 정화 장치를 들고 10분 동안 보행 시 99.9999%의 병원체가 사멸되었으며, 80회 이상의 반복실험에서도 성능이 유지되었다.
□ 김상우 교수는 “수인성 질병은 상하수도 시설이 열악한 아프리카와 일부 아시아의 국가의 공중 보건을 위협한다”라며, “보행으로 얻는 지속 가능한 에너지로 병원균을 직접 소독하는 기술은 안전한 식수를 제공하여 주민들의 삶의 질을 높일 수 있다”라고 설명했다.
□ 본 연구의 제1저자인 김영준 박사는 “저렴하고 지속가능한 정수방식의 휴대용 용기가 저개발 국가와 고립 지역 및 재해 피해 지역 주민들에게 큰 도움이 되길 바란다”고 덧붙였다.
□ 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 개인기초연구사업 (리더 연구) 및 연세 월드클래스 펠로우 프로그램을 통해 수행된 이번 연구성과는 국제학술지 ‘네이처 워터(Nature Water)’에 4월 12일 온라인 게재되었다.
