바다에 유출된 기름을 제거할 때 기름을 잘 흡착하는 소수성 재료를 이용하는 것과 달리 기름이 땅속으로 확산하는 것을 막는 데는 물과 쉽게 결합하는 친수성 재료가 더 효과적이라는 연구 결과가 나왔다.

한국과학기술연구원(KIST) 물자원순환연구단 이승학·정재식·김상현 박사 연구팀은 13일 땅속과 같은 다공성 매질 내에서 기름과 물이 흐르는 상태를 모사한 실험에서 소수성 표면에서 기름이 더 빠르게 흐르고, 반대로 친수성 표면이 오히려 기름을 더 많이 붙잡는 현상을 확인했다며 이같이 밝혔다.

이 연구 결과는 최근 '네이처'(Nature)의 자매 학술지인 'npj 클린 워터'(npj Clean Water)에 게재됐다.

연구팀은 이 연구에서 미세한 유체 흐름을 정밀 관찰할 수 있는 '미세유체 시스템'을 이용, 다양한 조건의 다공성 매질 내에서 기름과 물이 어떻게 상호작용하는지 관찰했다. 다공성 매질은 많은 미세 구멍이 연결된 땅속을 모사한 것이다.

실제 지하수 흐름과 유사한 일정한 압력 차이 조건에서 실험한 결과 매질이 소수성 물질일 경우에는 기름이 쉽게 빠져나가지만, 친수성 물질로 된 매질에서는 기름이 빠르게 흐르지 못하고 된 표면에 더 많은 기름이 남는 것으로 나타났다.

연구팀은 소수성 표면 특성을 가진 재료에서는 물이 기름을 밀어낼 때 계면 접촉각이 커지면서 모세관 압력은 작게 작용하고 대신 유체 점성으로 인한 압력 차가 커져 유체 속도가 빨라진다며 결국 공극 내 빨라진 물의 흐름에 의해 기름은 더 많이 유출된다고 설명했다.

반면에 친수성 재료에서는 같은 압력 조건에서 공극 내 유체 속도가 상대적으로 느려져 기름이 잘 밀려나지 않고 많은 양이 매질 안에 남아 있게 된다.

연구팀은 이 연구는 지하수 내 오염물질의 이동·정착 과정에 대한 새로운 해석 틀을 제공한다며 군부대와 주유소 부지 등에서 발생하는 지하수 기름 오염 관리 등 오염 확산 방지 시설의 설계와 운용에 기여할 수 있을 것이라고 밝혔다.

정재식 박사는 "지하수 정화는 단순한 재료 과학의 문제가 아니라, 유체의 흐름과 계면에서의 반응이 복합적으로 작용한다"며 "이 연구는 지하수 정화뿐 아니라, 석유 회수 증진(EOR), 탄소 포집·저장(CCS) 등 다공성 매질을 이용하는 공정에도 적용될 수 있다"고 말했다.