‘커피 찌꺼기’로 깨끗한 물 관리를 할 수 있다!
고효율 친환경 ‘인’ 회수 흡착제 주목
환경공학자가 환경을 보듬는 방법
수질오염, 미세먼지, 이상고온 등 환경오염과 관련된 이슈들은 전 세계적인 연구주제다. 탄소 중립이 거론되기 시작하면서 연구 중요성이나 강도가 더 세졌다. 우리가 살고 있고, 앞으로 우리 후손들이 살 지구를 위해서 모두 지속가능한 환경이라는 큰 목표로 수렴된다. 지속가능한 환경을 위해서, 첫 번째로 우선시 되는 것이 인간이 배출한 폐기물을 재활용하는 것이다. 전 세계인이 배출하는 어마어마한 폐기물, 그중에서도 연구가치가 있고, 효용 가치가 있는 폐기물을 찾아내기 위한 아이디어 싸움도 대단하다.
세계에서 가장 인기 있는 음료 ‘커피’, 커피 찌꺼기로 자원의 선순환을 얘기하다
전강민 교수는 지속가능한 환경을 위해 자원이 순환하는 데 제일 큰 문제가 폐기물이라고 지적했다. 폐기물이 물에 들어가면 수질오염, 폐기물을 소각하면 대기오염이 된다며, 환경공학자로서 선순환을 생각하던 중 커피 찌꺼기에 주목하게 됐다고 설명했다. “세계에서 가장 인기 있는 음료 중 하나인 커피 소비량이 2016년 기준 약 900만 톤에 달한다고 보고됐습니다. 그러나 실제 커피를 만드는 데는 원두의 0.2%만을 사용하기 때문에, 원두의 대부분이 커피 찌꺼기 즉, 커피 추출 폐기물 형태로 배출됩니다” 이에 커피 찌꺼기를 활용할 수 있는 효율적인 방법을 찾기 위한 연구에 착수한 전강민 교수는 최근 유의미한 성과로 길고 긴 연구에서 하나의 이정표를 찍었다. 바로 ‘고효율 친환경 인 회수 흡착제’ 개발 연구 결과를 환경 분야 SCI급 국제학술지(Chemical Engineering Journal)에 게재한 것이다. “커피 찌꺼기를 재이용해 제조한 유기흡착제의 한계점인 낮은 인 흡착능을 개선하기 위한 방안으로 국내에서 대량 생산되는 무기 폐기물 중 하나이며 다량의 금속 성분들을 포함하고 있는 제강슬래그를 기존의 순수 화학물질 대신에 개질제로 활용해, 수중에 존재하는 인을 선택적으로 회수할 수 있고, 자성을 이용해 흡착제 회수는 물론, 회수 후에 서방성 비료로 활용 가능한 유-무기 복합 흡착제를 개발했습니다” 이 연구의 핵심은 커피 찌꺼기와 제강슬래그의 최상의 화학적 결합을 끌어낸 것뿐만 아니라, 어떤 기능을 부여하느냐에 따라 인 뿐만 아니라, 다른 오염원도 회수가 가능한 플랫폼 기술이라는 것이다. 나아가 흡착제에 화학물질을 사용하지 않았음에도 효율성도 높아 훨씬 더 친환경에 가깝고, 인을 회수한 흡착제를 다시 농업용 비료로 활용할 수 있어, 2차, 3차의 자원 선순환을 이끌고 있다는 점이 주목할 만하다. 즉, 유-무기 흡착제의 기획, 설계, 제작, 활용까지 전 과정을 친환경적으로 디자인한 연구성과다.
환경문제 근본적인 해결방안 제시하기 위한 통합연구 수행
학부 때는 부산의 한국해양대학교에서, 석박사 학위는 광주과학기술원(GIST)에서, 그리고 스위스 연방 수생 과학 기술 연구소(Eawag)에서 박사후연구원 근무, 귀국 후 제주도 한국에너지기술연구원에서 근무 등 전강민 교수의 물리적인 활동영역이 광범위하다. 이것만 봐도 모험을 즐기고 어디서든 잘 융화되는 그의 성격을 짐작해볼 수 있다. 이런 그의 성향은 환경공학을 연구하는데 많은 도움이 됐다. 환경공학은 다양한 학문의 융합이기 때문에, 학문의 경계를 넘나드는 융화력이 필수다. 공학의 옷을 입고 있기에 실용성이라는 가장 큰 가치를 실현하기 위해 산학연의 과감한 시도 또한 필요하다. “해외 연구기관에서 많은 외국인 연구자들과 어울리며 연구시야를 넓혔고, 정부출연 연구기관에서 다양한 분야의 연구자들과 융합연구를 수행할 수 있는 즐거움이 있었지만, 석박사 학위 동안 느껴왔던 연구한계를 뛰어넘기 위해서는 새로운 방향의 공정-소재 통합연구가 필요하다고 생각했습니다”라고 말한 그는 좋은 기회로 강원대 환경공학과 전임교원으로 초빙돼 지속가능환경연구실 문을 열 수 있었고, 현재 “환경오염, 수자원 및 에너지 부족, 기후변화 문제의 능동적이고 근본적인 해결방안을 제시하기 위한 통합연구”들을 중점적으로 수행하고 있다고 밝혔다.
공정과 소재 모두 능통한 환경 전문 연구인력 양성
전강민 교수 연구그룹은 크게 수처리 공정과 전기화학 기반 에너지 생산 공정을 주요 주제로 하고 있다. 수처리 공정 연구 관련해서 농촌진흥청의 지원을 받아 폐배양액에 존재하는 영양염류(인 및 질소)를 회수하기 위한 연구들을 수행 중이며, 최근 발표한 ‘고효율 친환경 인 회수 흡착제’ 개발 논문도 이 연구의 최종목표를 위한 성과 중 하나다. “유-무기 흡착제의 영양염류 흡착능을 향상시키기 위한 기술을 지속적으로 개발하고 있습니다. 향후, 고효율 친환경 인 회수 흡착제 실용화를 위해 흡착제의 효율 개선 및 실제 폐배양액 처리 실증 연구를 진행할 계획입니다”라고 연구계획을 밝힌 전강민 교수는 현재 한국연구재단의 기초연구실 과제에 참여해 해수 담수화 및 에너지 생산이 가능한 전기화학적 공정들의 효율 개선을 위한 이온교환막 및 전극의 제조와 개질과 같은 소재 연구도 같이 진행하고 있다며, 소재 개발이 연구그룹의 차별화된 강점이 될 것이라고 강조했다. 또한, “공정의 개선돼야 할 부분과 개선 방향을 분명히 알고 있음에도 불구하고, 공정 소재들을 직접 개발하지 못하는 한계 때문에 항상 공정 최적화에 어려움을 느껴왔습니다. 우리 연구실에서는 이런 문제점들을 해결하기 위해 소재 개발까지 연구영역을 확장하고 있으며, 이러한 과정을 통해 단순히 공정을 평가하는 것이 아닌 실제 공정에서 발생하는 소재 및 시스템적인 문제 요소들을 함께 해결해 나갈 수 있는 환경 전문 연구인력을 양성하고자 합니다”라며 포부를 밝혔다.
환경공학은 대학원에 진학해야 본격적으로 환경공학 전문성을 갖출 수 있다며 전강민 교수는 “연구실을 찾아오는 학생들이 항상 물어보는 것이 환경공학 전공자로서 어떻게 사회에서 자신의 역할을 해낼 수 있는가입니다. 저는 주도적으로 연구하고, 차별성 있는 연구자가 되라고 하는데, 그러기 위해선 하루 24시간, 1년 365일이라는 똑같은 시간을 어떻게 활용하느냐에 달렸다고 이야기합니다. 매일 규칙적으로 적절히 시간을 배분해 관련 분야의 논문을 읽고, 정리하고, 본인의 논문을 작성하며, 영어공부를 하는 것이 필요하다고 강조합니다”라고 밝혔다.
“사회에 선한 영향력 끼칠 수 있는 교육자와 공학자 되고 싶어”
광주과학기술원에서 석박사 학위 당시 지도교수였던 조재원 교수(현 울산과학기술원(UNIST) 교수)에 대한 전강민 교수의 언급이 너무도 인상 깊어 기사 내용에 꼭 넣어야겠다고 생각했다. 조재원 교수는 ‘똥이 돈이 된다’는 ‘똥본위화폐’를 제시한 환경공학자다. “환경공학자로서 갖춰야 할 마음가짐과 태도를 직접 보여주셨습니다. 학생들을 항상 존대하시고 학생들보다 더 열심히 공부하시고 교육자와 공학자로서 사회에 이바지할 수 있는 부분에 대해 고민하시면서 선한 영향력을 보여주시는 모습은 제 삶의 방향에 많은 영향을 끼쳤습니다. 앞으로도 교수님이 보여주신 교육자와 공학자의 본분을 잊지 않고 우리 연구실을 거쳐 간 학생들이 사회에 나가서 선한 영향력을 보여줄 수 있도록 최선을 다하겠습니다”
[이슈메이커=임성희 기자]
