코발트 단일원자 촉매 활용한 ‘녹조 제거 로봇’ 개발

매년 여름 강과 호수에서는 대규모 녹조 발생으로 수질 관리 문제가 반복된다. 녹조는 악취를 유발하고 수중 산소를 감소시켜 어류 폐사의 원인이 되며, 독성 물질을 생성해 상수원 수질 안전에도 영향을 미칠 수 있어 효과적인 제거 기술 개발이 요구되고 있다.

한국과학기술연구원(KIST, 원장 오상록) 청정에너지연구센터 오형석 박사 연구팀은 초물성전도소재연구센터 김남동 박사 연구팀, 극한물성소재연구센터 조혜성 박사 연구팀과 공동으로 외부 전력 공급과 약품 운반 없이 햇빛만으로 작동하는 ‘무전원 자율 방제 수상 로봇’을 세계 최초로 개발했다.

기존 녹조 제거는 작업자가 선박을 이용해 과산화수소를 직접 살포하는 방식이 주로 활용됐다. 그러나 넓은 수역을 반복적으로 이동해야 해 많은 비용과 인력이 필요했고, 약품의 장기 보관을 위해 첨가되는 안정제가 녹조 제거 효율을 저하하는 한계도 있었다.

연구팀은 탄소 소재에 코발트 원자를 하나씩 분산시킨 단일원자 촉매를 개발해 공기 중 산소와 물만으로 과산화수소를 현장에서 즉시 합성하는 기술을 구현했다. 이 기술로 생성된 과산화수소는 상용 과산화수소 대비 녹조 제거 속도가 최대 1,760배 향상되는 것으로 확인됐다.

연구팀은 해당 촉매 시스템을 태양광 패널과 부유 장치에 결합해 자율 방제 수상 로봇을 완성했다. 로봇은 낮 동안 태양광으로 충전한 전력을 활용해 주간과 야간에 자율 운항이 가능하며, KIST 내 실제 연못에서 수행한 시험운행에서도 녹조 제거 성능을 성공적으로 검증했다.

이번 기술은 전력 인프라가 부족한 저수지와 댐 등에서도 활용 가능성이 높다. 별도의 약품 운송 없이 현장에서 필요한 만큼 과산화수소를 생산할 수 있어 운송 비용과 약품 누출 위험을 줄일 수 있으며, 향후 장치 규모를 확대해 강과 대형 상수원 등 다양한 수질 관리 환경으로 적용 범위를 넓혀갈 계획이다.

KIST 오형석 책임연구원은 “이번 성과는 수질 정화 촉매, 첨단 복합소재, 로봇 제어 기술을 보유한 KIST 연구팀이 협력해 만들어낸 융합 연구의 결과”라며, “햇빛만으로 현장에서 녹조 제거제를 생산하는 이번 기술이 미래형 스마트 물 관리 기술의 새로운 대안이 되기를 기대한다”고 밝혔다.