▲ 무격막형 전기화학적 환원법에 사용된 반응장치의 모식도를 나타낸 그림이다. 전극은 구리, 백금 전극을 사용했으며 반응물은 EG, TPA, CH3OH, H2O, 중간생성물은 CO2, O2, 1,4-dioxane 그리고 생성물은 CH4, H2이다. .

경제적 가치가 없는 폐수에서 고부가에너지원인 메탄과 수소를 다량 생산할 수 있는 길이 열렸다.

한국연구재단(이사장 정민근)은 미래창조과학부 일반연구지원사업의 지원을 받은 김태오 교수 연구팀(금오공대)이 합성섬유와 플라스틱 제조공정에서 발생하는 PET 중합폐수에서 신재생에너지로 사용하는 원료를 생산하면서 폐수 내 발암물질을 처리할 수 있는 기술을 개발했다고 밝혔다.

김태오 교수 연구팀은 PET 중합폐수에 다량의 탄소원과 수소원이 함유돼 있음을 착안, 이를 전기화학적 환원법으로 고효율 신재생에너지 원료를 생산할 뿐 아니라, 폐수 내 존재하는 발암물질을 효율적으로 제거할 수 있는 공법을 개발하였다.

연구팀은 자체개발한 무격막형 전기화학적 환원법을 이용해 더 낮은 인가전압에서 발암물질을 제거하면서 신재생에너지로 이용 가능한 메탄과 수소 원료를 생산하였다.

종래의 전기화학적 환원법은 이온교환막을 사용해 선택적으로 이온교환을 유도하고 특정물질을 생성했지만, 연구진이 개발한 무격막형 전기화학적 환원법은 기존의 환원법에서 사용됐던 격막을 제거해 더 낮은 전기저항과 인가전압에서 환원이 이루어지고 더 높은 전류밀도와 생성물질의 효율을 보였다고 밝혔다.

현재 PET 중합폐수는 생물학적 처리법(활성슬러지법), 분리막 생물반응기(MBR), UV/H2O2 산화 등의 고도산화처리(AOPs)기술 등으로 처리하고 있으나, 처리효율이 낮고 운전비용이 많이 들며, 복잡한 공정으로 인해 개선이 필요한 실정이다.

연구팀이 개발한 무격막형 전기화학적 환원법은 기존 처리법에 비하여 적은 운전비용으로 높은 폐수 처리효율을 얻을 수 있을 뿐 아니라 공정 또한 간단하여 기존 처리공정에 응용하면 효율과 운전조건을 개선할 수 있다.

김태오 교수는 “기존에 폐기물로만 여겨졌던 PET 중합폐수를 이용해서 고부가가치의 에너지를 생산하고 동시에 발암물질도 제거할 수 있는 선순환과정을 구축하였다”며 연구의 의의를 설명하였다.

이어“현재 연구진이 진행하고 있는 전기화학적 CO₂ 환원 및 연료전지 분야에서도 꾸준히 연구를 진행하고 있다. CO₂의 환원분야에서 낮은 인가전압으로 더 유용한 신재생에너지를 생산하는 시스템을 구축해 환경문제의 해결에 일조하고 실제 적용 가능한 연구 결과를 만들어내는 것이 궁극적인 목표”라 밝혔다.

한편, 이 연구성과는 세계적 권위의 학술지인 사이언티픽 리포트 (Scientific Reports) 2월 4일자에 게재되었다.