RMIT 대학교 연구진이 재사용 가능한 자성 소재를 개발했는데, 이 소재는 약 1시간 만에 폐수에서 미세플라스틱과 나노플라스틱을 95% 이상 제거할 수 있습니다. 뿐만 아니라, 이 소재는 과불화알킬 물질, 중금속, 의약품 등 다양한 오염물질도 포집합니다. 화학공학 저널(Chemical Engineering Journal)에 발표된 이번 연구는 연구팀이 2022년에 처음 발표한 연구 결과를 확장한 것입니다.
미세플라스틱 문제의 심각성은 이미 널리 알려져 있습니다. 플라스틱 입자는 이제 전 세계적으로 식수, 먹이사슬, 그리고 인간의 혈액에서 발견되고 있습니다. 특히 1마이크로미터 미만의 나노플라스틱은 대규모로 처리하기가 매우 어렵습니다. 현재까지 이 크기 범위의 입자를 제거할 수 있는 확립된 대규모 제거 방법은 없습니다.
이 소재의 역할
흡착제는 실험실 테스트에서 30나노미터 크기의 미세 입자까지 제거할 수 있었습니다. 이는 기존 여과 시스템으로는 제거하기 어려운 크기 범위입니다. 처리 시작 후 15분 이내에 오염 물질의 약 80%가 제거되었습니다. 대부분의 도시 하수처리장은 시간 제약이 있기 때문에 이러한 속도는 매우 중요합니다.
해당 소재는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에스터를 포함한 여러 일반적인 플라스틱 유형에서 우수한 성능을 보였습니다. 또한 담수와 해수 모두에서 효과를 유지했습니다. 플라스틱 외에도 수은, 크롬, 구리, 합성 염료, 이부프로펜에 대해서도 높은 제거율을 기록했습니다.
RMIT의 니키 에슈티아기 교수는 나노플라스틱 포집이 중요한 진전이라고 평가했습니다. 그녀는 "아직 나노플라스틱을 대규모로 제거할 수 있는 확립된 해결책은 없다"고 말했습니다. 제1저자인 무함마드 하리스 박사는 해당 소재가 미세플라스틱과 나노플라스틱을 신속하게 제거하도록 특별히 설계되었다고 밝혔습니다.
산업 시험 및 자기 회수
연구팀은 합성 섬유 오염의 주요 원인인 산업용 세탁 폐수에 해당 기술을 적용하여 테스트했습니다. 그 결과, 계면활성제와 유기물이 함유된 폐수에서도 폴리에스터 미세섬유와 염료를 88% 이상 제거하는 효과를 보였습니다. 이는 매우 의미 있는 결과입니다. 세탁 폐수는 화학적으로 복잡한 성분을 함유하고 있어, 기존의 많은 처리 방법들이 이러한 환경에서는 성능이 저하되는 경향이 있습니다.
캐나다의 원아이 인더스트리(One Eye Industries)와 공동 개발한 시제품 시스템은 흡착제를 물에서 자성으로 분리하고 사용 후 신속하게 회수할 수 있음을 입증했습니다. 자성 회수 방식은 상용화의 핵심 장벽을 해결합니다. 물질을 효율적으로 회수하고 재사용할 수 없다면 대규모 생산 시 운영 비용이 지나치게 높아져 사실상 불가능해지기 때문입니다.
생산 공정 또한 크게 개선되었습니다. 연구팀은 이제 상온에서 더 적은 비용의 원자재를 사용하여 해당 소재를 생산합니다. 연구원들은 생산 비용이 이전 버전보다 약 75% 절감되었다고 밝혔습니다. 또한, 이 소재는 여러 번 재사용할 수 있습니다.
상업적 경로 및 규제 환경
RMIT는 빅토리아주 질롱에 본사를 둔 원주민 소유 기업인 파이어 앤 테스트 오스트랄라시아(Fire and Test Australasia)와 초기 상업적 협의에 들어갔습니다. 이번 파트너십은 지역사회 규모의 적용을 포함한 빗물 및 폐수 처리 분야를 목표로 합니다. 연구진은 또한 미국 시장의 운영업체들을 고객으로 두고 있는 스타 워터 그룹(Star Water Group)과도 협력하고 있습니다.
미국에 초점을 맞추는 데에는 특정한 논리가 있습니다. 미국 규제 당국은 최근 몇 년 동안 미세플라스틱과 PFAS에 대한 기준을 강화했습니다. 새로운 기준을 준수해야 하는 지자체 및 산업 운영자들 사이에서 고도화된 처리 방식에 대한 수요가 증가하고 있습니다. 높은 포집 성능과 저비용의 자력 회수 방식을 결합한 이 접근 방식은 미국 환경에서 상업적으로 타당한 근거를 제공합니다.
이 기술은 분산형 시스템에서도 잠재력을 가지고 있습니다. 많은 지역에서는 대규모 처리 인프라를 이용할 수 없습니다. 신속하게 작용하고, 깨끗하게 회수되며, 저렴하게 생산할 수 있는 이 소재는 기존 시설을 설치하기 어려운 소규모 공동체나 외딴 지역에 유용할 수 있습니다.
현재 상황
지금까지 발표된 결과는 실험실 및 시제품 테스트에서 나온 것입니다. 실험실 성능을 실제 규모의 도시 또는 산업 현장에 적용하기 위해서는 엔지니어링 및 규제 측면에서 다른 과제들이 남아 있습니다. 연구진은 현재 상업 파트너들이 이러한 문제들을 검토하고 있다고 밝혔습니다.
플라스틱 오염과 잔류성 화학물질 오염은 규제 기관과 투자자들의 주요 관심사로 점점 더 밀접하게 연관되고 있습니다. 상수도 회사, 섬유 제조업체, 산업용수 사용자들은 신뢰할 수 있는 처리 전략을 제시해야 한다는 압력을 점점 더 많이 받고 있습니다. 미세플라스틱, 나노플라스틱, 중금속, PFAS를 동시에 처리하고, 운영자들이 실제로 사용할 수 있는 처리 시간 내에 이러한 오염을 제거할 수 있는 소재는, 실험실 데이터와 현장 규모가 일치하는 성능을 보인다면 다양한 산업 분야에 폭넓게 적용될 수 있을 것입니다.
