건조기 미세플라스틱까지 잡아낸다... 고려대, 마이크로버블 기반 분리 기술 개발

고려대학교(총장 김동원) 기계공학부 김혜정 교수 연구팀이 미세한 공기방울인 마이크로버블을 활용해 미세플라스틱 제거 효율을 크게 높이는 미니 하이드로사이클론 정수 기술을 개발했다.

본 연구 성과는 국제적 권위의 학술지 ‘Water Research(IF=12.4, JCR 상위 1.1%)’ 온라인에 11월 12일 게재됐다.

*논문명 : Enhanced microplastic removal using a mini-hydrocyclone with microbubbles

*DOI : 10.1016/j.watres.2025.124896

*URL : https://doi.org/10.1016/j.watres.2025.124896

전 세계적으로 미세플라스틱 오염이 심각해지면서 생태계와 인체 모두에 위협이 커지고 있다. 기존 정수 방식은 화학물질이 필요하고 여과막이 쉽게 막힐 수 있으며, 특히 유지보수에 많은 비용이 소모됐다. 

이러한 상황 속, 물의 회전 운동을 이용해 밀도가 다른 물질을 분리하는 장치 ‘하이드로사이클론’이 주목받는다. 이는 별도의 화학물질이 필요 없고 유지보수가 쉽다는 장점이 있지만, 물과 비슷한 밀도를 가진 미세플라스틱 분리는 어려웠다.

연구팀은 이러한 한계를 극복하기 위해 공기부상 기술에 착안해, 마이크로버블을 결합한 미니 하이드로사이클론 시스템을 개발했다. 공기부상은 기포가 물에 떠오르는 힘을 이용해 오염물질을 분리하는 방식으로, 마이크로버블이 미세플라스틱 표면에 붙으면 플라스틱이 물보다 가벼워진 것처럼 보여 더 쉽게 분리될 수 있는 원리를 활용했다.

*미니 하이드로사이클론: 기존 하이드로사이클론보다 소형화된 장치로, 흐름 속도가 빠르고 분리 과정이 짧아 작은 크기의 미세플라스틱 제거 효율이 높다.

실험 결과, 마이크로버블을 주입한 조건에서 미세플라스틱 분리 효율이 기존 대비 최대 34% 향상됐다. 특히, 연구팀은 고속 카메라 관찰을 통해 물이 빠르게 회전하는 미니 하이드로사이클론 내에서도 미세플라스틱이 마이크로버블에 강하게 부착한다는 사실을 밝혀냈다. 또한 이 과정에서 형성되는 ‘공기 기둥’이 분리 효율을 결정짓는 핵심 요소임도 규명했다.

*공기 기둥: 공기 방울이 모여 하이드로 사이클론의 중심에서 형성되는 기둥 형태의 기포 구조

또한 이번 기술은 모양과 재질이 다른 다양한 미세플라스틱에서도 효과가 확인됐다. 특히, 건조기에서 발생한 섬유성 미세플라스틱을 대상으로 한 실험에서도 분리 효율이 23.3% 증가해, 실제 현장에서의 적용 가능성을 입증했다. 이는 향후 생활환경 개선, 미세플라스틱 저감 정책 지원, 해양·하천 생태계 보전 등에 실질적인 도움을 줄 것으로 기대된다.

김혜정 교수는 “이번 연구를 통해 미세플라스틱 분리 과정에서 마이크로버블과의 결합, 공기 기둥 형성이 어떻게 분리 효율을 결정하는지를 밝혔다”라며 “화학물질 없이도 미세플라스틱 제거 성능을 크게 높일 수 있는 만큼, 고효율·저비용의 미래형 수처리 기술로 발전할 가능성이 크다”라고 말했다.

본 연구는 한국연구재단(NRF) 신진연구 및 한국기초과학지원연구원(KBSI)의 지원으로 수행됐다.

[그림1]

△ (왼쪽) 건조기에서 발생한 미세플라스틱 섬유의 이미지. (오른쪽) 마이크로버블 주입 여부에 따른 건조기 미세섬유의 분리 효율 결과.

[그림2]

△ (왼쪽부터) 고려대 기계공학부 김혜정 교수(교신저자), 고려대 서정민 석사과정(제1저자)

기사 작성: 커뮤니케이션팀 강민영(kmy4571@korea.ac.kr)