보행 중 발생하는 인체 정전기와 전도성 고분자 나노로드를 활용하여 병원균에 오염된 물을 정화할 수 있는 혁신적인 휴대용 물병이 개발되었다고 한국연구재단은 발표했다. 이 기술은 전기천공법을 이용하여 수인성 병원균을 효과적으로 제거하며, 특히 전기나 상수도 시설이 부족한 지역에서 유용하게 사용될 수 있다.

연세대학교 신소재공학과 김상우 교수와 중국 인민대, 칭화대의 국제공동연구팀이 이끄는 이번 연구는 인간의 걸음으로 발생하는 정전기 에너지를 수확하여 물 속의 병원균을 사멸시키는 데 사용한다. 연구에 따르면, 보행 시 발생하는 정전기는 속도가 빠를수록 더 큰 전기장을 생성하고, 이 전기장은 전도성 고분자 나노로드를 통해 집중되어 강력한 살균 효과를 나타낸다.

(그림1) 인체정전기와 전도성 고분자 나노로드를 활용한 병원체 제어 매커니즘

(a) Step 1 접촉 대전에 의한 전기장 형성 Step 2 전기장에 의한 전하 이동 Step 3 휴대용 물통으로 전하 이동

(b) 오염수 정화 물통의 구성. 인체정전기가 전달된 물통은 나노로드에 의해 전기장이 강화되어 전기천공법에 의해 바이러스 및 박테리아를 사멸시킴

(c) 전도성 고분자 나노로드 이미지

휴대용 정화 장치를 사용하여 10분간 걷기만 해도 99.9999%의 병원균이 제거될 수 있다는 결과가 나왔으며, 이 장치는 80회 이상 반복 사용에도 불구하고 그 효과가 유지되었다. 또한, 연구팀은 전자현미경을 통해 정수된 물에서 바이러스와 박테리아가 완벽하게 사멸된 것을 확인했다.

(그림2) 휴대용 정화 물통 사진 및 기존 방식과 비교

(a) 오염수 정화 물통의 실제 이미지

(b) 기존 중앙처리식 방식은 물을 얻고 여러 장비를 통한 여과 과정을 거쳐 상하수도 시스템을 통해 배분되지만 개발된 디바이스를 활용하면 보행 중 얻어진 정전기를 활용하여 정화할 수 있다

그림설명 및 그림제공 : 연세대학교 김상우 교수

김상우 교수는 "이 기술이 상하수도 시설이 열악한 아프리카 및 일부 아시아 국가에서 수인성 질병을 예방하고, 안전한 식수 제공을 통해 공중 보건을 개선하고 주민들의 삶의 질을 높일 수 있을 것"이라고 말했다. 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 지원하는 개인기초연구사업 및 연세 월드클래스 펠로우 프로그램을 통해 수행된 이 연구는 국제학술지 '네이처 워터'에 최근 게재되었다.

이 같은 기술의 개발은 저개발 국가와 고립 지역, 재해 피해 지역 주민들에게 큰 도움이 될 것으로 기대되며, 저렴하고 지속 가능한 식수 정화 방법을 제공한다는 점에서 매우 의미 있는 연구 성과로 평가받고 있다.