□ 어디서든 별도의 화학약품 없이 오직 태양광만으로 오염된 물을 빠르게 정화할 수 있게 됐다. 고려대학교(총장 김동원) 기계공학부 김혜정 교수 연구팀이 태양광을 이용해 물속 오염물질을 효과적으로 제거하는 지속가능한 차세대 유연형 마이크로리액터 기술을 개발했다.

*마이크로리액터: 머리카락 굵기 수준의 미세한 관 안에서 물질을 연속적으로 흐르게 하여 화학 반응을 유도하는 소형 장치로, 표면적이 넓어 반응 속도가 빠르고 효율이 극대화되는 장점이 있다

□ 최근 물 부족과 수질 오염 문제가 심화되면서 화학약품 대신 자연 에너지를 활용해 물을 정화하는 친환경 수처리 기술이 주목받고 있다. 그중에서도 빛 에너지를 이용해 물속 오염물질을 분해하는 광촉매 기반 수처리 기술이 대표적이지만, 기존 장치가 대부분 딱딱한 구조로 제작돼 곡면이나 야외 현장 환경에 적용하기 어려웠다. 또 오염수가 정수 촉매 표면에 충분히 접촉하지 못하는 경우가 많아 정화 효율을 높이는 데도 한계가 있었다.

□ 연구팀은 이러한 한계를 극복하기 위해 태양광 기반으로 작동하는 유연형 광촉매 마이크로리액터 플랫폼을 개발했다. 이 장치는 별도의 화학약품 없이 빛 에너지를 이용해 오염물질을 분해하며, 유연한 구조로 다양한 환경에서도 안정적으로 사용할 수 있도록 설계됐다.

□ 특히 장치 내부에 3차원 격자 구조를 도입해 수처리 성능을 높였다. 물의 흐름을 효과적으로 섞어 오염물질이 광촉매 표면에 더 자주 접촉하도록 제작했고, 그 결과 연속적으로 오염수를 흘려보내는 조건에서 최대 99.4%의 오염물질 제거 효율을 달성했다. 이는 수처리 성능을 높이기 위해서는 촉매 표면적뿐 아니라, 장치 내부에서 물이 어떻게 흐르고 섞이는지를 설계하는 것이 중요함을 보여준다.

□ 휘어지거나 비틀리는 조건에서도 구조적 안정성을 유지하는 것이 특징이다. 연구팀이 개발한 마이크로리액터는 마치 종이를 접듯 완전히 구기거나 돌돌 말 수 있는 약 1mm 수준의 작은 곡률 반경에서도 파손 없이 변형이 가능했다.

□ 나아가 연구팀은 장치를 현장에서 활용할 수 있는 수준으로 대면적화(가로 8cm, 세로 16cm 크기)하고, 야외 햇빛 조건에서 성능을 검증한 결과 96.9%의 높은 오염물질 제거 효율을 달성했다.

□ 소형 펌프와 배터리를 결합한 휴대형 순환 시스템도 구현했다. 이 시스템은 장시간 순환 구동 조건에서도 안정적인 정화 성능을 유지했으며, 이는 전원과 설비가 제한된 야외 환경에서도 운용 가능한 휴대형 수처리 장치로의 적용성을 보여준다.

□ 김혜정 교수는 “장치가 휘어지거나 비틀리는 환경에서도 안정적으로 작동할 수 있어, 향후 별도의 화학약품 사용을 줄이면서 현장에서 쉽게 운용할 수 있는 휴대형 정수 장치, 곡면 부착형 수처리 시스템, 지속가능한 환경 정화 기술로 확장될 수 있을 것”이라고 밝혔다.

□ 본 연구 성과는 화학공학 및 환경공학 분야 국제적 권위 학술지인 ‘Chemical Engineering Journal(IF=13.2, JCR 상위 3.0%)’ 온라인에 4월 30일 게재됐다.

*논문명: Flexible microreactors integrating lattice micromixers for water purification

*DOI: doi.org/10.1016/j.cej.2026.176861

*URL: https://doi.org/10.1016/j.cej.2026.176861

□ 본 연구는 한국연구재단(NRF) 중견연구 및 한국기초과학지원연구원(KBSI) 지원을 받아 수행됐다.