국내 연구진이 CNF(Cellulose Nano Fiber)를 활용해 고효율 해수담수화 기술을 구현함으로써 일본의 CNF 독주체제를 견제할 수 있을지 주목된다.
CNF는 셀룰로오스를 나노 사이즈까지 풀어낸 소재로 철과 비교했을 때 무게는 5분의 1에 불과하지만 강도가 5배나 강하며 탄소섬유와 비교하면 친환경성까지 갖춘 소재이다.
한국에너지기술연구원(KETI) 분리변환소재연구실 김동국·유충열 박사와 순천향대 에너지시스템학과 조용현 교수 공동 연구팀은 CNF 베이스 축전식 해수담수화 기술을 개발했다.
세계적으로 물 부족 현상이 심각해짐에 따라 바닷물을 실생활에서 사용할 수 있는 물로 바꾸어놓는 해수담수화를 적극적으로 추진하고 있다.
현재 바닷물을 증기로 만드는 다단 증류법, 분리막을 이용해 순수한 물을 얻는 역삼투압법을 대표적으로 활용하고 있으나 운전과 설치에 많은 비용이 드는 반면 에너지효율이 낮다는 한계가 제기되고 있다.
연구팀은 CNF를 활용해 축전식 해수담수화에 성공했다.
축전식 해수담수화는 전기를 모아두는 방식을 이용해 바닷물로부터 소금을 정제하는 기술로, 해수 속에 포함된 소듐과 염소 이온이 각각 음전극과 양전극으로 이동하면서 최종적으로 담수만 빠져나오며 기존 필터나 증류 기반 기술보다 에너지효율이 높은 것으로 알려졌다.
전도도가 높은 CNF를 화학적으로 처리한 후 활성탄 슬러리 전극에 첨가해 흐름 전극의 전도도를 높여 해결했다.
전극에 첨가된 1mm 길이 CNF는 활성탄 입자를 전기적으로 연결하는 전도성 다리 역할을 하며 활성탄 입자에 소금 이온이 흡착되면서 기존 기술 대비 탈염 성능이 4배 이상 높아졌다.
국내에서는 CNF 연구개발(R&D)이 시작단계에 불과하지만 일본은 실용화를 넘어 용도 개척을 확대하는 단계에 진입하고 있다.
Asahi Kasei Chemicals(AKC)은 식물 베이스 CNF 사업화를 추진하고 있다.
AKC는 1990년대 후반부터 CNF 연구개발에 착수했으며 셀룰로오스를 공업단계부터 나노화하는 기술과 나노화된 원료를 얇고 균일한 시트 형태로 가공하는 기술을 확립했다.
AKC가 생산하는 CNF는 직경이 평균 100나노미터 이하로 아스펙트 비율이 큰 것으로 알려졌다.
AKC는 용도 개척을 위해 CNF로 부직포 Nanoleaf를 제조해 공급하고 있다.
Nanoleaf는 비표면적, 공극률을 갖춘 다공질 시트로 필터 소재로 사용하면 촘촘한 그물을 통해 액체 등에 대한 높은 투과율을 발휘할 수 있으며, 섬유 강화 플래스틱(FRP) 심재로 사용하면 열 팽창계수가 작아 강도, 탄성률 등을 높임으로써 필러 유리섬유보다 가볍게 제조할 수 있다.
공기나 물 정화, 액체 분리 등에 사용하는 필터와 열 등에 강한 전자회로기판, 전자제품 케이스 용도에 투입이 가능할 것으로 기대된다.
자동차 용도 개척도 추진하고 있다.
나일론(Nylon) 66 브랜드 Leona에 CNF를 혼합한 CNF Hybrid Composit을 개발해 36개에 달하는 자사기술로 제조한 전기자동차(EV) 컨셉트카 AKXY의 펜더에 투입했다.
2019년에는 노베오카(Nobeoka) 기술연구소의 리모델링을 마치고 파일럿 설비를 설치할 예정이다. 부직포까지 일괄 생산이 가능한 설비를 구축한다.
부직포는 길이 100m 연속생산 기술을 확립함에 따라 파일럿 설비에서도 시험 판매를 가속화해 CNF와 부직포 양산 기술을 더욱 향상시켜나갈 계획이다.
CNF를 단독으로 외부에 판매하는 방안도 검토하고 있다.
AKC는 나노화 기술이 CNF로 대표되는 목재펄프 뿐만 아니라 다양한 식물자원에 응용이 가능한 강점이 있다고 판단하고 시장의 니즈가 있다면 소재 판매를 검토해나갈 계획이다.
AKC는 장기적으로 CNF 사업규모를 100억엔으로 확대할 수 있을 것으로 기대하고 있다.