재료과학원 연구팀이 PE 플라스틱으로 만든 다공성 소재를 개발했다. 미생물을 담는 이 소재는 베트남 공장들이 수입품보다 저렴한 비용으로 정수 기술을 도입할 수 있도록 돕는다.

베트남 과학기술 아카데미 산하 재료과학원 선진 폴리머 및 복합재료실의 Mai Đức Huynh 석사는 손에 든 얇고 둥근 흰색 스펀지를 미생물을 위한 “아파트”에 비유했다. 손가락 끝만 한 작은 스펀지지만 내부의 균일한 다공성 구조 덕분에 “초대형 표면적”을 자랑한다. 이 소재 1세제곱미터는 약 2,500제곱미터의 면적을 가지며, 이는 표준 올림픽 수영장 2개와 맞먹는다.

vn오늘의 베트남어 퀴즈단어

다음 한국어 뜻에 해당하는 베트남어 단어는?

“과학”

①khoa học

②công nghệ

③nghiên cứu

④vật liệu

▶문장 퀴즈도 풀어보기

다음 한국어 문장을 베트남어로 올바르게 번역한 것은?

“이것은 폐수를 처리하는 가장 일반적인 솔루션 중 하나이다.”

①Đây là công nghệ mới nhất trong lĩnh vực xử lý nước thải.

②Đây là giải pháp hiệu quả nhất để xử lý nước thải sinh hoạt.

③Đây là một trong những giải pháp phổ biến nhất cho xử lý nước thải.

④Đây là phương pháp duy nhất cho xử lý nước thải công nghiệp.

생물학적 담체 스펀지라고도 불리는 이 소재는 연구팀이 특허번호 54058로 등록했다. 저자는 Mai Đức Huynh 석사, Thái Hoàng 교수, Nguyễn Vũ Giang 부교수 및 재료과학원 동료들로 구성됐다.

Huynh는 수백만 개의 이 스펀지 조각을 폐수 탱크에 넣으면 그 위에 부착된 미생물이 오염물질과 접촉해 “섭취”한다고 설명했다. 이는 이동상 생물막 반응기(MBBR) 기술로 불리며, 초미세 크기 생물의 유기물 흡수 및 분해 능력을 활용한다.

“다양한 폐수 처리 기술이 적용되고 있지만, MBBR은 생활 폐수 처리를 위한 가장 보편적인 솔루션 중 하나”라고 Huynh 석사는 말하며, 이 연구가 고품질 국산 소재를 찾는 기업들의 관심에서 시작됐다고 덧붙였다.

담체 자체는 물을 정화하지 않지만 MBBR의 핵심 기술이다. 그 이유는 재료가 표면적이 넓고 최대한 많은 미생물을 담을 수 있으며 미생물 군집이 발달하기 유리한 환경을 조성하도록 설계되어야 하기 때문이다. 표면적이 낮으면 미생물이 서식할 충분한 공간을 만들기 위해 더 많은 담체를 투입해야 한다. 이는 동일한 처리 부하를 달성하기 위해 처리조에 더 많은 재료를 담아야 함을 의미한다.

구형, 원통형, 수레바퀴 형태 등 단순한 담체는 제조가 쉽고 가격이 저렴하지만, 다공성 칩 형태 즉 바이오칩에 비해 재료 1세제곱미터당 표면적이 절반 또는 그 이하에 불과하다. 이러한 형태의 담체는 유기 폐기물 ‘섭취’ 효율이 훨씬 높지만, Huynh 석사에 따르면 수입해야 하기 때문에 1세제곱미터당 4천만~6천만 동의 가격이 든다.

디스크형 다공성 담체의 경우 표면이 외부에만 있는 것이 아니라 내부의 수많은 기공 벽면에도 펼쳐져 있다. “이 재료를 만드는 데 있어 난제는 다공성 특성을 제어하는 것”이라고 그는 말했다.

이에 따라 연구팀은 상반되는 요구사항들을 동시에 해결해야 했다. 재료는 연결된 기공이 많아야 하지만 폐수 속에서 처리조 벽면과의 충돌을 견딜 만큼 튼튼해야 하고, 물속에서 움직일 수 있을 만큼 가벼워야 하지만 완전히 떠오르지는 않아야 한다. 아이디어에서 비교적 안정적인 공식을 갖추기까지 연구진은 약 2년간의 실험을 거쳤다.

PE 플라스틱은 열가소성 플라스틱의 일종으로, 우수한 기계적 내구성과 다양한 환경 조건을 견딜 수 있는 능력 덕분에 기본 소재로 선택되었다. 그러나 PE 표면이 매끄럽고 소수성이기 때문에 미생물이 소재에 부착하기 어렵다. 이를 해결하기 위해 연구팀은 표면 특성과 플라스틱 구조를 조정하기 위한 첨가제를 보강했다. 이러한 성분은 독점 보호를 받는 공식에 속하며, 소재가 물과 더 잘 상호작용할 수 있도록 하는 동시에 표면에 미생물이 부착하고 성장할 수 있는 미세한 구멍을 추가로 형성한다.

초기 기계적 혼합 후, 혼합물은 성형 금형을 통해 압출되어 이곳에서 다공성으로 팽창한 다음, 약 1mm 두께로 절단하기 전에 공기로 냉각된다.

연구팀 대표는 국내에 이미 존재하는 플라스틱 생산 라인을 활용할 수 있는 방향으로 생산 공정을 개발했으며, 금형과 운영 매개변수만 변경하면 된다고 밝혔다. 이러한 접근 방식은 제품이 산업 규모로 진입할 때 설비 투자를 줄일 것으로 기대된다. 담체는 아직 산업 규모로 생산되지 않았지만, 소재 비용은 수입 제품의 25~30% 수준에 불과할 것으로 추정된다.

다공성 소재는 흥옌 안과병원과 하노이의 여러 처리 시설에서 생활 폐수 처리에 시험되었으며, 유기 폐기물 90% 처리 효율을 달성하고 질소를 제거하여 베트남의 폐수 처리 기준을 충족했다.

Huynh 석사는 이 소재가 대량 생산 및 이전 전에 완성 단계에 있으며, 수입 제품보다 뛰어난 성능을 가진 제품을 만드는 것이 목표라고 밝혔다. “기업들이 사용 소재를 전환하고 공급망을 변경하도록 설득하는 것은 쉽지 않기 때문에, 우리는 시장에 아직 없는 새로운 기능을 만들기 위해 계속 업그레이드하고 있습니다”라고 그는 말했다. 구체적으로, 연구팀은 소재 표면에서 미생물 군집이 더 빠르게 형성되도록 돕는 첨가제를 통합하여 폐수 처리 과정을 기존보다 20% 빠르게 시작할 수 있을 것으로 기대하고 있다.

연구팀은 앞으로 1~2년 내에 베트남 내 플라스틱 공장에서 생산이 이루어질 것을 목표로 하고 있다. 이 작은 스펀지 조각들은 생산 시설, 농장, 식당, 병원 또는 건축 면적이 제한된 생활 폐수 처리 시스템에서 폐수를 여과하는 데 광범위하게 사용될 것이다.

분석업체 Dataintelo의 보고서에 따르면, 글로벌 MBBR 시장은 2025년 28억 달러 규모로 평가되며 2034년에는 52억 달러로 증가할 것으로 예상되며, 연평균 복합 성장률은 7.8%이다.

이 중 아시아·태평양 지역은 글로벌 매출 시장 점유율의 약 38.5%를 차지하는데, 그 이유는 제한적인 폐수 처리 인프라가 빠르게 배치할 수 있는 생물학적 처리 기술에 대한 수요를 창출하기 때문이다. 분석업체에 따르면, MBBR은 베트남, 태국, 인도네시아의 식품 가공 시설, 섬유 공장, 도시 폐수 처리장에서 점점 더 보편화되고 있다.

Nam Nguyễn