개발된 양/음이온교환막 적층모듈을 적용한 전기투석 설비 (사진=한국화학연구원 제공)
한국화학연구원은 김정훈, 장봉준 박사 연구팀이 해수나 폐수를 정화하고 고부가가치 자원 회수에 유용한 전기투석공정 핵심기술인 '균질계 양이온‧음이온 교환막'을 일본에 이어 세계에서 두번째로 개발했다고 밝혔다.
전기투석 공정은 양이온 교환막과 음이온 교환막 수백장이 교대로 배열된 장치에 외부 전기를 공급하면 물 안에 녹아있는 이온성 물질들이 전기장을 통해 양이온 교환막과 음이온 교환막으로 각각 선택적으로 이끌려서 통과해 걸러지고 농축되는 공정이다.
전기투석 공정은 해수 속 염화나트륨, 황산마그네슘, 염화칼슘 등을 제거해 식염 제조, 해수 담수화 및 해양 심층수 제조에 활용하거나 공업폐수에 포함된 카드뮴이나 구리, 납 등의 중금속 및 유해 이온 물질을 분리해 정화‧재활용하는 데 사용된다.
최근에는 바이오 분야의 주요 자원인 실크 아미노산, 부틸산 등 유기산을 회수하거나 신재생 에너지분야의 핵심소재인 리튬, 마그네슘 등의 희소금속자원을 회수하는 데 활용되고 있다.
전기투석 공정에 사용되는 이온교환막에는 불균질계막과 균질계막이 있는데 균질계 이온 교환막은 불균질막보다 성능이 획기적으로 개선된 소재로, 최근에 일본 '아스톰(ASTOM)'사와 일본 'AGC엔지니어링'사가 개발해 전세계 균질막 제조 기술을 독점해 왔다.
화학연 김정훈, 장봉준 박사팀은 8년간의 연구 끝에 일본에 이어 세계에서 두번째로 균질 이온 교환막을 개발해 국내외 특허 15여 건을 등록하고 관련 국내외 기업에 상업화를 추진하고 있다.
전기투석 공정용 이온 교환막 시장은 현재 국내 약 200억원, 세계 약 2,000억원 규모이며 매년 5% 정도 성장할 것으로 예측된다.
이번 연구는 환경부의 환경기술진흥원과 과학기술부의 나노융합 2020연구사업단의 지원으로 수행되었다.