- 기존 대비 편리성과 정확도 높인 새로운 글루타민 측정 센서 개발 - 살아있는 세포의 글루타민의 농도 변화의 실시간 모니터링 성공 2023년 우리나라의 기대수명은 83.6세로 OECD 회원국 중 세 번째로 높고, 매년 꾸준히 늘어나고 있다. 노인인구 비율이 증가하면서 다양한 노인성 질환의 치료에 드는 사회적 비용 또한 급격한 증가 추세여서 질환 조기 진단에 관한 관심이 높아지고 있다. 다양한 진단방식 가운데 암, 당뇨, 치매 등 중증 환자의 세포 및 혈액에서 글루타민 농도가 정상인 대비 크게 변화하는 것을 밝혀내 노인성 질환의 지표로써 글루타민을 측정하는 연구가 전세계적으로 활발히 이루어지고 있다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진) 천연물소재연구센터 서문형 박사팀은 천연물인포매틱스연구센터 박근완 박사팀과 함께 ‘화합물 유도 단백질 조립’ 원리를 통해 복잡한 측정 과정과 고가의 분석 장비 없이도 글루타민 농도를 빠르고 정확하게 측정할 수 있는 기술을 개발했다고 밝혔다. 글루타민은 혈액 내에서 단백질을 합성하거나 세포가 에너지원으로 사용하는 아미노산의 하나로 특정 상황에서 수치가 급격하게 변화하는 특성이 있어 질병의 치료 및 조기 진단에 유용한 바이오마커로 활용될 수 있다. 이 때문에 암세포의 영양분이기도 한 글루타민의 대사를 억제하는 암 치료 연구를 비롯해 대사질환 및 퇴행성 질환의 진단을 위한 체내 글루타민 신진대사 연구도 활발히 수행되고 있다. 지금까지 체내 글루타민 농도 측정은 아미노산 분석기와 같은 고가의 전문 분석 장비에 의존하고 있는데, 살아있는 세포 내 글루타민의 농도 변화는 실시간으로 측정할 수 없다는 한계가 있었다. 상대적으로 측정 비용이 낮은 연구용 키트의 경우, 생체 시료 내 단백질 제거 등 번거로운 전처리 과정이 필요해 측정 시간이 길고 정확도가 높지 않았다. 연구팀은 글루타민 결합 단백질을 2개의 인공 단백질로 분리한 후 시료와 결합해 혈액 내 글루타민의 농도를 간편하게 측정할 수 있는 ‘화합물 유도 단백질 조립’ 원리의 글루타민 측정용 센서 단백질을 개발했으며, 글루타민의 기호인 Q와 밝게 빛을 낸다는 뜻인 SHINE을 결합하여 Q-SHINE으로 이름을 붙였다. 실험 결과, Q-SHINE 센서는 글루탐산, D-글루타민과 같은 유사한 구조의 아미노산에는 반응하지 않는 고선택성을 보였다. 이를 통해 측정할 수 있는 글루타민의 최저 농도는 1마이크로몰(µM, 1몰의 100만분의 1)으로, 연구용 키트로 가장 많이 사용되는 효소반응 분석법보다 20배 더 낮은 농도의 글루타민까지 측정할 수 있다. 또한, 센서 단백질을 대장균에서 손쉽게 생산할 수 있어 연구용 키트로도 수억 원 상당의 분석 장비와 동일한 수준의 글루타민 농도 분석이 가능해졌다. 뿐만 아니라 연구팀은 Q-SHINE 센서를 이용해 살아있는 세포의 세포질 및 미토콘드리아 내 글루타민 농도 변화의 실시간 모니터링에도 성공했다. 특히 암세포와 정상세포에서 글루타민 농도 차이를 검증함으로써, 향후 글루타민 대사 억제를 통한 항암제 개발이 속도를 낼 수 있을 것으로 보인다. KIST 서문형 박사는 “이번에 개발된 Q-SHINE 센서는 당뇨환자의 자가 혈당 측정 방식과 같이 손쉬운 글루타민 농도 모니터링을 가능하게 해줄 것"이라며, “글루타민 대사 연구에 활용하게 되면 암, 당뇨, 치매와 같은 중증 노인성 질환의 조기진단과 원인 규명, 나아가 글루타민 대사를 조절하는 암 치료제 개발에 크게 기여할 수 있을 것”이라고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 이종호)의 지원을 받아 KIST 주요사업과 한국연구재단 우수신진연구사업(2021R1C1C1003843)으로 수행된 이번 연구성과는 국제학술지 ‘Sensors and Actuators, B: Chemical’ (IF=8.4, JCR 분야 상위 0.8%) 최신 호에 게재됐다. * Q-SHINE: A versatile sensor for glutamine measurement via ligand-induced dimerization [그림 1] 단백질 분리 및 안정화 설계를 통한 '화합물 유도 단백질 조립' 원리의 Q-SHINE 센서 개발 모식도 [그림 2] Q-SHINE 센서를 이용한 글루타민 농도 측정 결과 ○ 논문명: Q-SHINE: A versatile sensor for glutamine measurement via ligand-induced dimerization ○ 학술지: Sensors and Actuators: B. Chemical ○ 게재일: 2023.05.06. ○ DOI: https://doi.org/10.1016/j.snb.2023.133951 ○ 논문저자 - 임윤 박사후연구원(제1저자/KIST 천연물소재연구센터) - 김지율 학생연구원(제1저자/KIST 천연물소재연구센터) - 박근완 책임연구원(교신저자/KIST 천연물소재연구센터) - 서문형 선임연구원(교신저자/KIST 천연물소재연구센터)

- 기존 대비 편리성과 정확도 높인 새로운 글루타민 측정 센서 개발 - 살아있는 세포의 글루타민의 농도 변화의 실시간 모니터링 성공 2023년 우리나라의 기대수명은 83.6세로 OECD 회원국 중 세 번째로 높고, 매년 꾸준히 늘어나고 있다. 노인인구 비율이 증가하면서 다양한 노인성 질환의 치료에 드는 사회적 비용 또한 급격한 증가 추세여서 질환 조기 진단에 관한 관심이 높아지고 있다. 다양한 진단방식 가운데 암, 당뇨, 치매 등 중증 환자의 세포 및 혈액에서 글루타민 농도가 정상인 대비 크게 변화하는 것을 밝혀내 노인성 질환의 지표로써 글루타민을 측정하는 연구가 전세계적으로 활발히 이루어지고 있다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진) 천연물소재연구센터 서문형 박사팀은 천연물인포매틱스연구센터 박근완 박사팀과 함께 ‘화합물 유도 단백질 조립’ 원리를 통해 복잡한 측정 과정과 고가의 분석 장비 없이도 글루타민 농도를 빠르고 정확하게 측정할 수 있는 기술을 개발했다고 밝혔다. 글루타민은 혈액 내에서 단백질을 합성하거나 세포가 에너지원으로 사용하는 아미노산의 하나로 특정 상황에서 수치가 급격하게 변화하는 특성이 있어 질병의 치료 및 조기 진단에 유용한 바이오마커로 활용될 수 있다. 이 때문에 암세포의 영양분이기도 한 글루타민의 대사를 억제하는 암 치료 연구를 비롯해 대사질환 및 퇴행성 질환의 진단을 위한 체내 글루타민 신진대사 연구도 활발히 수행되고 있다. 지금까지 체내 글루타민 농도 측정은 아미노산 분석기와 같은 고가의 전문 분석 장비에 의존하고 있는데, 살아있는 세포 내 글루타민의 농도 변화는 실시간으로 측정할 수 없다는 한계가 있었다. 상대적으로 측정 비용이 낮은 연구용 키트의 경우, 생체 시료 내 단백질 제거 등 번거로운 전처리 과정이 필요해 측정 시간이 길고 정확도가 높지 않았다. 연구팀은 글루타민 결합 단백질을 2개의 인공 단백질로 분리한 후 시료와 결합해 혈액 내 글루타민의 농도를 간편하게 측정할 수 있는 ‘화합물 유도 단백질 조립’ 원리의 글루타민 측정용 센서 단백질을 개발했으며, 글루타민의 기호인 Q와 밝게 빛을 낸다는 뜻인 SHINE을 결합하여 Q-SHINE으로 이름을 붙였다. 실험 결과, Q-SHINE 센서는 글루탐산, D-글루타민과 같은 유사한 구조의 아미노산에는 반응하지 않는 고선택성을 보였다. 이를 통해 측정할 수 있는 글루타민의 최저 농도는 1마이크로몰(µM, 1몰의 100만분의 1)으로, 연구용 키트로 가장 많이 사용되는 효소반응 분석법보다 20배 더 낮은 농도의 글루타민까지 측정할 수 있다. 또한, 센서 단백질을 대장균에서 손쉽게 생산할 수 있어 연구용 키트로도 수억 원 상당의 분석 장비와 동일한 수준의 글루타민 농도 분석이 가능해졌다. 뿐만 아니라 연구팀은 Q-SHINE 센서를 이용해 살아있는 세포의 세포질 및 미토콘드리아 내 글루타민 농도 변화의 실시간 모니터링에도 성공했다. 특히 암세포와 정상세포에서 글루타민 농도 차이를 검증함으로써, 향후 글루타민 대사 억제를 통한 항암제 개발이 속도를 낼 수 있을 것으로 보인다. KIST 서문형 박사는 “이번에 개발된 Q-SHINE 센서는 당뇨환자의 자가 혈당 측정 방식과 같이 손쉬운 글루타민 농도 모니터링을 가능하게 해줄 것"이라며, “글루타민 대사 연구에 활용하게 되면 암, 당뇨, 치매와 같은 중증 노인성 질환의 조기진단과 원인 규명, 나아가 글루타민 대사를 조절하는 암 치료제 개발에 크게 기여할 수 있을 것”이라고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 이종호)의 지원을 받아 KIST 주요사업과 한국연구재단 우수신진연구사업(2021R1C1C1003843)으로 수행된 이번 연구성과는 국제학술지 ‘Sensors and Actuators, B: Chemical’ (IF=8.4, JCR 분야 상위 0.8%) 최신 호에 게재됐다. * Q-SHINE: A versatile sensor for glutamine measurement via ligand-induced dimerization [그림 1] 단백질 분리 및 안정화 설계를 통한 '화합물 유도 단백질 조립' 원리의 Q-SHINE 센서 개발 모식도 [그림 2] Q-SHINE 센서를 이용한 글루타민 농도 측정 결과 ○ 논문명: Q-SHINE: A versatile sensor for glutamine measurement via ligand-induced dimerization ○ 학술지: Sensors and Actuators: B. Chemical ○ 게재일: 2023.05.06. ○ DOI: https://doi.org/10.1016/j.snb.2023.133951 ○ 논문저자 - 임윤 박사후연구원(제1저자/KIST 천연물소재연구센터) - 김지율 학생연구원(제1저자/KIST 천연물소재연구센터) - 박근완 책임연구원(교신저자/KIST 천연물소재연구센터) - 서문형 선임연구원(교신저자/KIST 천연물소재연구센터)

- 주기적인 태양 에너지 변화 조건 모사하여 안정적으로 운영 가능한 무약품 분리막 세척 기술 개발 해수담수화 기술 중 막증류 공정은 바닷물을 가열해 발생한 수증기를 소수성 분리막의 공극으로 이동시킨 후, 응축 과정을 거쳐 염분이 배제된 순수한 물을 얻는 기술이다. 최근 막증류 공정에서 태양열을 이용하여 해수를 가열하는 탄소중립적 방법이 시도되고 있다. 그러나 태양열은 낮 4-5시간 정도만 활용이 가능해 장치가 구동하지 못하는 시간에는 해수가 분리막에 접촉한 채로 물이 증발하게 된다. 그 결과 탄산칼슘(CaCO3) 또는 황산칼슘(CaSO4)이 분리막 표면에 쌓이는 막오염이 일어나 담수 생산량이 감소하거나 오염되는 문제가 발생한다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진)은 물자원순환연구단 정성필 박사팀이 하루 중 변동되는 태양에너지 조건에서도 분리막의 막오염 억제가 가능한 무약품 세척 기술을 개발해 해수담수화 기술의 상용화 가능성을 높였다고 밝혔다. 직접적인 태양에너지 변동을 모사하는 연구는 파일럿 규모의 현장 연구에서 가능하기 때문에 실험실 기반 연구에서는 제한적이다. 따라서 그동안 태양에너지를 이용하는 담수화 연구의 경우 정오의 태양에너지(1 Sun 조건)를 모사하여 열 또는 빛 에너지 공급 차원에서 짧은 시간의 실험이 주로 수행됐다. 반면 KIST 연구진은 인공해수 온도를 1시간에 10°C씩, 8시간 동안 20°C에서 80°C까지 증가 및 감소시킨 후에 16시간 동안 실험실 온도(20°C)에서 방치하는 방식으로 4일(총 96시간) 동안 해수를 농축시키면서 막증류 공정을 간헐 운전하여 하루 중 태양에너지 변동을 실험실에서 모사했다. 그 결과 분리막을 세척하지 않는 조건에서는 하루만 운영해도(해수 농축 배율 1.2배 시점) 막젖음이 발생해 안정적 운영이 불가능한 것을 확인할 수 있었다. 일반적으로 막오염 물질의 세척을 위해서 산, 염기 및 차아염소산 등의 약품을 사용하고, 세척 후에 발생하는 폐수를 처리하기 위한 환경 비용이 추가로 발생한다. KIST 연구진은 화학약품에 대한 작업자의 안전을 확보하고, 폐수 처리 비용을 절감하기 위해 생산된 담수로 분리막을 물리적으로 세척하는 기술을 제안했다. 연구진은 막증류 공정이 중단될 때 분리막과 접촉한 채로 방치되는 농축 해수를 배수하고 생산된 담수로 세정한 후 건조했다. 그 결과 다음 운전 시작할 때 막오염과 막젖음이 발생하지 않는 것을 확인하였으며, 총 96시간, 4회 반복 과정에서도 (해수 최대 2.7배 이상 농축) 분리막의 성능 감소 없이 안정적으로 운영할 수 있음을 확인하였다. KIST 정성필 박사는 “전기 인프라나 운영비 지원이 부족한 개도국 또는 오지에서 태양열만으로 담수화 시스템을 안정적으로 운용할 수 있을 것”이라며, “앞으로 막증류 공정뿐 아니라 다양한 해수담수화 공정으로 적용이 확장될 수 있을 것으로 기대된다”라고 밝혔다. 과학기술정보통신부(장관 이종호)의 지원으로 KIST 주요사업(미래원천기후환경기술개발사업사업)으로 수행된 이번 연구 성과는 국제 학술지 「npj Clean Water」에 7월 5일 게재*되었다. * Operational strategy preventing scaling and wetting in an intermittent membrane distillation process [그림 1] 막 증류 기반 담수화 공정 간헐 운전 조건 [그림 2] 막 증류 기반 담수화 공정 세정 조건(P1, P2, P3) [그림 3] 막 증류 기반 담수화 공정 물 생산 성능 변화 [그림 4 ] 막 증류 기반 담수화 공정의 막 젖음 정도 [그림 5] 세척 기술 적용 여부에 따른 개념도 ○ 논문명: Operational strategy preventing scaling and wetting in an intermittent membrane distillation process ○ 학술지: npj Clean water ○ 게재일: 2023.07. ○ DOI: 10.1038/S41545-023-00268-4 ○ 논문저자 - 김혜원 박사 후 연구원(제1저자/KIST 물자원순환연구단) - 장암 교수(공저자/성균관대학교 건설환경공학부) - 정성필 책임연구원(교신저자/KIST 물자원순환연구단)

- 주기적인 태양 에너지 변화 조건 모사하여 안정적으로 운영 가능한 무약품 분리막 세척 기술 개발 해수담수화 기술 중 막증류 공정은 바닷물을 가열해 발생한 수증기를 소수성 분리막의 공극으로 이동시킨 후, 응축 과정을 거쳐 염분이 배제된 순수한 물을 얻는 기술이다. 최근 막증류 공정에서 태양열을 이용하여 해수를 가열하는 탄소중립적 방법이 시도되고 있다. 그러나 태양열은 낮 4-5시간 정도만 활용이 가능해 장치가 구동하지 못하는 시간에는 해수가 분리막에 접촉한 채로 물이 증발하게 된다. 그 결과 탄산칼슘(CaCO3) 또는 황산칼슘(CaSO4)이 분리막 표면에 쌓이는 막오염이 일어나 담수 생산량이 감소하거나 오염되는 문제가 발생한다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진)은 물자원순환연구단 정성필 박사팀이 하루 중 변동되는 태양에너지 조건에서도 분리막의 막오염 억제가 가능한 무약품 세척 기술을 개발해 해수담수화 기술의 상용화 가능성을 높였다고 밝혔다. 직접적인 태양에너지 변동을 모사하는 연구는 파일럿 규모의 현장 연구에서 가능하기 때문에 실험실 기반 연구에서는 제한적이다. 따라서 그동안 태양에너지를 이용하는 담수화 연구의 경우 정오의 태양에너지(1 Sun 조건)를 모사하여 열 또는 빛 에너지 공급 차원에서 짧은 시간의 실험이 주로 수행됐다. 반면 KIST 연구진은 인공해수 온도를 1시간에 10°C씩, 8시간 동안 20°C에서 80°C까지 증가 및 감소시킨 후에 16시간 동안 실험실 온도(20°C)에서 방치하는 방식으로 4일(총 96시간) 동안 해수를 농축시키면서 막증류 공정을 간헐 운전하여 하루 중 태양에너지 변동을 실험실에서 모사했다. 그 결과 분리막을 세척하지 않는 조건에서는 하루만 운영해도(해수 농축 배율 1.2배 시점) 막젖음이 발생해 안정적 운영이 불가능한 것을 확인할 수 있었다. 일반적으로 막오염 물질의 세척을 위해서 산, 염기 및 차아염소산 등의 약품을 사용하고, 세척 후에 발생하는 폐수를 처리하기 위한 환경 비용이 추가로 발생한다. KIST 연구진은 화학약품에 대한 작업자의 안전을 확보하고, 폐수 처리 비용을 절감하기 위해 생산된 담수로 분리막을 물리적으로 세척하는 기술을 제안했다. 연구진은 막증류 공정이 중단될 때 분리막과 접촉한 채로 방치되는 농축 해수를 배수하고 생산된 담수로 세정한 후 건조했다. 그 결과 다음 운전 시작할 때 막오염과 막젖음이 발생하지 않는 것을 확인하였으며, 총 96시간, 4회 반복 과정에서도 (해수 최대 2.7배 이상 농축) 분리막의 성능 감소 없이 안정적으로 운영할 수 있음을 확인하였다. KIST 정성필 박사는 “전기 인프라나 운영비 지원이 부족한 개도국 또는 오지에서 태양열만으로 담수화 시스템을 안정적으로 운용할 수 있을 것”이라며, “앞으로 막증류 공정뿐 아니라 다양한 해수담수화 공정으로 적용이 확장될 수 있을 것으로 기대된다”라고 밝혔다. 과학기술정보통신부(장관 이종호)의 지원으로 KIST 주요사업(미래원천기후환경기술개발사업사업)으로 수행된 이번 연구 성과는 국제 학술지 「npj Clean Water」에 7월 5일 게재*되었다. * Operational strategy preventing scaling and wetting in an intermittent membrane distillation process [그림 1] 막 증류 기반 담수화 공정 간헐 운전 조건 [그림 2] 막 증류 기반 담수화 공정 세정 조건(P1, P2, P3) [그림 3] 막 증류 기반 담수화 공정 물 생산 성능 변화 [그림 4 ] 막 증류 기반 담수화 공정의 막 젖음 정도 [그림 5] 세척 기술 적용 여부에 따른 개념도 ○ 논문명: Operational strategy preventing scaling and wetting in an intermittent membrane distillation process ○ 학술지: npj Clean water ○ 게재일: 2023.07. ○ DOI: 10.1038/S41545-023-00268-4 ○ 논문저자 - 김혜원 박사 후 연구원(제1저자/KIST 물자원순환연구단) - 장암 교수(공저자/성균관대학교 건설환경공학부) - 정성필 책임연구원(교신저자/KIST 물자원순환연구단)

- 주기적인 태양 에너지 변화 조건 모사하여 안정적으로 운영 가능한 무약품 분리막 세척 기술 개발 해수담수화 기술 중 막증류 공정은 바닷물을 가열해 발생한 수증기를 소수성 분리막의 공극으로 이동시킨 후, 응축 과정을 거쳐 염분이 배제된 순수한 물을 얻는 기술이다. 최근 막증류 공정에서 태양열을 이용하여 해수를 가열하는 탄소중립적 방법이 시도되고 있다. 그러나 태양열은 낮 4-5시간 정도만 활용이 가능해 장치가 구동하지 못하는 시간에는 해수가 분리막에 접촉한 채로 물이 증발하게 된다. 그 결과 탄산칼슘(CaCO3) 또는 황산칼슘(CaSO4)이 분리막 표면에 쌓이는 막오염이 일어나 담수 생산량이 감소하거나 오염되는 문제가 발생한다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진)은 물자원순환연구단 정성필 박사팀이 하루 중 변동되는 태양에너지 조건에서도 분리막의 막오염 억제가 가능한 무약품 세척 기술을 개발해 해수담수화 기술의 상용화 가능성을 높였다고 밝혔다. 직접적인 태양에너지 변동을 모사하는 연구는 파일럿 규모의 현장 연구에서 가능하기 때문에 실험실 기반 연구에서는 제한적이다. 따라서 그동안 태양에너지를 이용하는 담수화 연구의 경우 정오의 태양에너지(1 Sun 조건)를 모사하여 열 또는 빛 에너지 공급 차원에서 짧은 시간의 실험이 주로 수행됐다. 반면 KIST 연구진은 인공해수 온도를 1시간에 10°C씩, 8시간 동안 20°C에서 80°C까지 증가 및 감소시킨 후에 16시간 동안 실험실 온도(20°C)에서 방치하는 방식으로 4일(총 96시간) 동안 해수를 농축시키면서 막증류 공정을 간헐 운전하여 하루 중 태양에너지 변동을 실험실에서 모사했다. 그 결과 분리막을 세척하지 않는 조건에서는 하루만 운영해도(해수 농축 배율 1.2배 시점) 막젖음이 발생해 안정적 운영이 불가능한 것을 확인할 수 있었다. 일반적으로 막오염 물질의 세척을 위해서 산, 염기 및 차아염소산 등의 약품을 사용하고, 세척 후에 발생하는 폐수를 처리하기 위한 환경 비용이 추가로 발생한다. KIST 연구진은 화학약품에 대한 작업자의 안전을 확보하고, 폐수 처리 비용을 절감하기 위해 생산된 담수로 분리막을 물리적으로 세척하는 기술을 제안했다. 연구진은 막증류 공정이 중단될 때 분리막과 접촉한 채로 방치되는 농축 해수를 배수하고 생산된 담수로 세정한 후 건조했다. 그 결과 다음 운전 시작할 때 막오염과 막젖음이 발생하지 않는 것을 확인하였으며, 총 96시간, 4회 반복 과정에서도 (해수 최대 2.7배 이상 농축) 분리막의 성능 감소 없이 안정적으로 운영할 수 있음을 확인하였다. KIST 정성필 박사는 “전기 인프라나 운영비 지원이 부족한 개도국 또는 오지에서 태양열만으로 담수화 시스템을 안정적으로 운용할 수 있을 것”이라며, “앞으로 막증류 공정뿐 아니라 다양한 해수담수화 공정으로 적용이 확장될 수 있을 것으로 기대된다”라고 밝혔다. 과학기술정보통신부(장관 이종호)의 지원으로 KIST 주요사업(미래원천기후환경기술개발사업사업)으로 수행된 이번 연구 성과는 국제 학술지 「npj Clean Water」에 7월 5일 게재*되었다. * Operational strategy preventing scaling and wetting in an intermittent membrane distillation process [그림 1] 막 증류 기반 담수화 공정 간헐 운전 조건 [그림 2] 막 증류 기반 담수화 공정 세정 조건(P1, P2, P3) [그림 3] 막 증류 기반 담수화 공정 물 생산 성능 변화 [그림 4 ] 막 증류 기반 담수화 공정의 막 젖음 정도 [그림 5] 세척 기술 적용 여부에 따른 개념도 ○ 논문명: Operational strategy preventing scaling and wetting in an intermittent membrane distillation process ○ 학술지: npj Clean water ○ 게재일: 2023.07. ○ DOI: 10.1038/S41545-023-00268-4 ○ 논문저자 - 김혜원 박사 후 연구원(제1저자/KIST 물자원순환연구단) - 장암 교수(공저자/성균관대학교 건설환경공학부) - 정성필 책임연구원(교신저자/KIST 물자원순환연구단)

- 주기적인 태양 에너지 변화 조건 모사하여 안정적으로 운영 가능한 무약품 분리막 세척 기술 개발 해수담수화 기술 중 막증류 공정은 바닷물을 가열해 발생한 수증기를 소수성 분리막의 공극으로 이동시킨 후, 응축 과정을 거쳐 염분이 배제된 순수한 물을 얻는 기술이다. 최근 막증류 공정에서 태양열을 이용하여 해수를 가열하는 탄소중립적 방법이 시도되고 있다. 그러나 태양열은 낮 4-5시간 정도만 활용이 가능해 장치가 구동하지 못하는 시간에는 해수가 분리막에 접촉한 채로 물이 증발하게 된다. 그 결과 탄산칼슘(CaCO3) 또는 황산칼슘(CaSO4)이 분리막 표면에 쌓이는 막오염이 일어나 담수 생산량이 감소하거나 오염되는 문제가 발생한다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진)은 물자원순환연구단 정성필 박사팀이 하루 중 변동되는 태양에너지 조건에서도 분리막의 막오염 억제가 가능한 무약품 세척 기술을 개발해 해수담수화 기술의 상용화 가능성을 높였다고 밝혔다. 직접적인 태양에너지 변동을 모사하는 연구는 파일럿 규모의 현장 연구에서 가능하기 때문에 실험실 기반 연구에서는 제한적이다. 따라서 그동안 태양에너지를 이용하는 담수화 연구의 경우 정오의 태양에너지(1 Sun 조건)를 모사하여 열 또는 빛 에너지 공급 차원에서 짧은 시간의 실험이 주로 수행됐다. 반면 KIST 연구진은 인공해수 온도를 1시간에 10°C씩, 8시간 동안 20°C에서 80°C까지 증가 및 감소시킨 후에 16시간 동안 실험실 온도(20°C)에서 방치하는 방식으로 4일(총 96시간) 동안 해수를 농축시키면서 막증류 공정을 간헐 운전하여 하루 중 태양에너지 변동을 실험실에서 모사했다. 그 결과 분리막을 세척하지 않는 조건에서는 하루만 운영해도(해수 농축 배율 1.2배 시점) 막젖음이 발생해 안정적 운영이 불가능한 것을 확인할 수 있었다. 일반적으로 막오염 물질의 세척을 위해서 산, 염기 및 차아염소산 등의 약품을 사용하고, 세척 후에 발생하는 폐수를 처리하기 위한 환경 비용이 추가로 발생한다. KIST 연구진은 화학약품에 대한 작업자의 안전을 확보하고, 폐수 처리 비용을 절감하기 위해 생산된 담수로 분리막을 물리적으로 세척하는 기술을 제안했다. 연구진은 막증류 공정이 중단될 때 분리막과 접촉한 채로 방치되는 농축 해수를 배수하고 생산된 담수로 세정한 후 건조했다. 그 결과 다음 운전 시작할 때 막오염과 막젖음이 발생하지 않는 것을 확인하였으며, 총 96시간, 4회 반복 과정에서도 (해수 최대 2.7배 이상 농축) 분리막의 성능 감소 없이 안정적으로 운영할 수 있음을 확인하였다. KIST 정성필 박사는 “전기 인프라나 운영비 지원이 부족한 개도국 또는 오지에서 태양열만으로 담수화 시스템을 안정적으로 운용할 수 있을 것”이라며, “앞으로 막증류 공정뿐 아니라 다양한 해수담수화 공정으로 적용이 확장될 수 있을 것으로 기대된다”라고 밝혔다. 과학기술정보통신부(장관 이종호)의 지원으로 KIST 주요사업(미래원천기후환경기술개발사업사업)으로 수행된 이번 연구 성과는 국제 학술지 「npj Clean Water」에 7월 5일 게재*되었다. * Operational strategy preventing scaling and wetting in an intermittent membrane distillation process [그림 1] 막 증류 기반 담수화 공정 간헐 운전 조건 [그림 2] 막 증류 기반 담수화 공정 세정 조건(P1, P2, P3) [그림 3] 막 증류 기반 담수화 공정 물 생산 성능 변화 [그림 4 ] 막 증류 기반 담수화 공정의 막 젖음 정도 [그림 5] 세척 기술 적용 여부에 따른 개념도 ○ 논문명: Operational strategy preventing scaling and wetting in an intermittent membrane distillation process ○ 학술지: npj Clean water ○ 게재일: 2023.07. ○ DOI: 10.1038/S41545-023-00268-4 ○ 논문저자 - 김혜원 박사 후 연구원(제1저자/KIST 물자원순환연구단) - 장암 교수(공저자/성균관대학교 건설환경공학부) - 정성필 책임연구원(교신저자/KIST 물자원순환연구단)

- 주기적인 태양 에너지 변화 조건 모사하여 안정적으로 운영 가능한 무약품 분리막 세척 기술 개발 해수담수화 기술 중 막증류 공정은 바닷물을 가열해 발생한 수증기를 소수성 분리막의 공극으로 이동시킨 후, 응축 과정을 거쳐 염분이 배제된 순수한 물을 얻는 기술이다. 최근 막증류 공정에서 태양열을 이용하여 해수를 가열하는 탄소중립적 방법이 시도되고 있다. 그러나 태양열은 낮 4-5시간 정도만 활용이 가능해 장치가 구동하지 못하는 시간에는 해수가 분리막에 접촉한 채로 물이 증발하게 된다. 그 결과 탄산칼슘(CaCO3) 또는 황산칼슘(CaSO4)이 분리막 표면에 쌓이는 막오염이 일어나 담수 생산량이 감소하거나 오염되는 문제가 발생한다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진)은 물자원순환연구단 정성필 박사팀이 하루 중 변동되는 태양에너지 조건에서도 분리막의 막오염 억제가 가능한 무약품 세척 기술을 개발해 해수담수화 기술의 상용화 가능성을 높였다고 밝혔다. 직접적인 태양에너지 변동을 모사하는 연구는 파일럿 규모의 현장 연구에서 가능하기 때문에 실험실 기반 연구에서는 제한적이다. 따라서 그동안 태양에너지를 이용하는 담수화 연구의 경우 정오의 태양에너지(1 Sun 조건)를 모사하여 열 또는 빛 에너지 공급 차원에서 짧은 시간의 실험이 주로 수행됐다. 반면 KIST 연구진은 인공해수 온도를 1시간에 10°C씩, 8시간 동안 20°C에서 80°C까지 증가 및 감소시킨 후에 16시간 동안 실험실 온도(20°C)에서 방치하는 방식으로 4일(총 96시간) 동안 해수를 농축시키면서 막증류 공정을 간헐 운전하여 하루 중 태양에너지 변동을 실험실에서 모사했다. 그 결과 분리막을 세척하지 않는 조건에서는 하루만 운영해도(해수 농축 배율 1.2배 시점) 막젖음이 발생해 안정적 운영이 불가능한 것을 확인할 수 있었다. 일반적으로 막오염 물질의 세척을 위해서 산, 염기 및 차아염소산 등의 약품을 사용하고, 세척 후에 발생하는 폐수를 처리하기 위한 환경 비용이 추가로 발생한다. KIST 연구진은 화학약품에 대한 작업자의 안전을 확보하고, 폐수 처리 비용을 절감하기 위해 생산된 담수로 분리막을 물리적으로 세척하는 기술을 제안했다. 연구진은 막증류 공정이 중단될 때 분리막과 접촉한 채로 방치되는 농축 해수를 배수하고 생산된 담수로 세정한 후 건조했다. 그 결과 다음 운전 시작할 때 막오염과 막젖음이 발생하지 않는 것을 확인하였으며, 총 96시간, 4회 반복 과정에서도 (해수 최대 2.7배 이상 농축) 분리막의 성능 감소 없이 안정적으로 운영할 수 있음을 확인하였다. KIST 정성필 박사는 “전기 인프라나 운영비 지원이 부족한 개도국 또는 오지에서 태양열만으로 담수화 시스템을 안정적으로 운용할 수 있을 것”이라며, “앞으로 막증류 공정뿐 아니라 다양한 해수담수화 공정으로 적용이 확장될 수 있을 것으로 기대된다”라고 밝혔다. 과학기술정보통신부(장관 이종호)의 지원으로 KIST 주요사업(미래원천기후환경기술개발사업사업)으로 수행된 이번 연구 성과는 국제 학술지 「npj Clean Water」에 7월 5일 게재*되었다. * Operational strategy preventing scaling and wetting in an intermittent membrane distillation process [그림 1] 막 증류 기반 담수화 공정 간헐 운전 조건 [그림 2] 막 증류 기반 담수화 공정 세정 조건(P1, P2, P3) [그림 3] 막 증류 기반 담수화 공정 물 생산 성능 변화 [그림 4 ] 막 증류 기반 담수화 공정의 막 젖음 정도 [그림 5] 세척 기술 적용 여부에 따른 개념도 ○ 논문명: Operational strategy preventing scaling and wetting in an intermittent membrane distillation process ○ 학술지: npj Clean water ○ 게재일: 2023.07. ○ DOI: 10.1038/S41545-023-00268-4 ○ 논문저자 - 김혜원 박사 후 연구원(제1저자/KIST 물자원순환연구단) - 장암 교수(공저자/성균관대학교 건설환경공학부) - 정성필 책임연구원(교신저자/KIST 물자원순환연구단)

- 주기적인 태양 에너지 변화 조건 모사하여 안정적으로 운영 가능한 무약품 분리막 세척 기술 개발 해수담수화 기술 중 막증류 공정은 바닷물을 가열해 발생한 수증기를 소수성 분리막의 공극으로 이동시킨 후, 응축 과정을 거쳐 염분이 배제된 순수한 물을 얻는 기술이다. 최근 막증류 공정에서 태양열을 이용하여 해수를 가열하는 탄소중립적 방법이 시도되고 있다. 그러나 태양열은 낮 4-5시간 정도만 활용이 가능해 장치가 구동하지 못하는 시간에는 해수가 분리막에 접촉한 채로 물이 증발하게 된다. 그 결과 탄산칼슘(CaCO3) 또는 황산칼슘(CaSO4)이 분리막 표면에 쌓이는 막오염이 일어나 담수 생산량이 감소하거나 오염되는 문제가 발생한다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진)은 물자원순환연구단 정성필 박사팀이 하루 중 변동되는 태양에너지 조건에서도 분리막의 막오염 억제가 가능한 무약품 세척 기술을 개발해 해수담수화 기술의 상용화 가능성을 높였다고 밝혔다. 직접적인 태양에너지 변동을 모사하는 연구는 파일럿 규모의 현장 연구에서 가능하기 때문에 실험실 기반 연구에서는 제한적이다. 따라서 그동안 태양에너지를 이용하는 담수화 연구의 경우 정오의 태양에너지(1 Sun 조건)를 모사하여 열 또는 빛 에너지 공급 차원에서 짧은 시간의 실험이 주로 수행됐다. 반면 KIST 연구진은 인공해수 온도를 1시간에 10°C씩, 8시간 동안 20°C에서 80°C까지 증가 및 감소시킨 후에 16시간 동안 실험실 온도(20°C)에서 방치하는 방식으로 4일(총 96시간) 동안 해수를 농축시키면서 막증류 공정을 간헐 운전하여 하루 중 태양에너지 변동을 실험실에서 모사했다. 그 결과 분리막을 세척하지 않는 조건에서는 하루만 운영해도(해수 농축 배율 1.2배 시점) 막젖음이 발생해 안정적 운영이 불가능한 것을 확인할 수 있었다. 일반적으로 막오염 물질의 세척을 위해서 산, 염기 및 차아염소산 등의 약품을 사용하고, 세척 후에 발생하는 폐수를 처리하기 위한 환경 비용이 추가로 발생한다. KIST 연구진은 화학약품에 대한 작업자의 안전을 확보하고, 폐수 처리 비용을 절감하기 위해 생산된 담수로 분리막을 물리적으로 세척하는 기술을 제안했다. 연구진은 막증류 공정이 중단될 때 분리막과 접촉한 채로 방치되는 농축 해수를 배수하고 생산된 담수로 세정한 후 건조했다. 그 결과 다음 운전 시작할 때 막오염과 막젖음이 발생하지 않는 것을 확인하였으며, 총 96시간, 4회 반복 과정에서도 (해수 최대 2.7배 이상 농축) 분리막의 성능 감소 없이 안정적으로 운영할 수 있음을 확인하였다. KIST 정성필 박사는 “전기 인프라나 운영비 지원이 부족한 개도국 또는 오지에서 태양열만으로 담수화 시스템을 안정적으로 운용할 수 있을 것”이라며, “앞으로 막증류 공정뿐 아니라 다양한 해수담수화 공정으로 적용이 확장될 수 있을 것으로 기대된다”라고 밝혔다. 과학기술정보통신부(장관 이종호)의 지원으로 KIST 주요사업(미래원천기후환경기술개발사업사업)으로 수행된 이번 연구 성과는 국제 학술지 「npj Clean Water」에 7월 5일 게재*되었다. * Operational strategy preventing scaling and wetting in an intermittent membrane distillation process [그림 1] 막 증류 기반 담수화 공정 간헐 운전 조건 [그림 2] 막 증류 기반 담수화 공정 세정 조건(P1, P2, P3) [그림 3] 막 증류 기반 담수화 공정 물 생산 성능 변화 [그림 4 ] 막 증류 기반 담수화 공정의 막 젖음 정도 [그림 5] 세척 기술 적용 여부에 따른 개념도 ○ 논문명: Operational strategy preventing scaling and wetting in an intermittent membrane distillation process ○ 학술지: npj Clean water ○ 게재일: 2023.07. ○ DOI: 10.1038/S41545-023-00268-4 ○ 논문저자 - 김혜원 박사 후 연구원(제1저자/KIST 물자원순환연구단) - 장암 교수(공저자/성균관대학교 건설환경공학부) - 정성필 책임연구원(교신저자/KIST 물자원순환연구단)

- 주기적인 태양 에너지 변화 조건 모사하여 안정적으로 운영 가능한 무약품 분리막 세척 기술 개발 해수담수화 기술 중 막증류 공정은 바닷물을 가열해 발생한 수증기를 소수성 분리막의 공극으로 이동시킨 후, 응축 과정을 거쳐 염분이 배제된 순수한 물을 얻는 기술이다. 최근 막증류 공정에서 태양열을 이용하여 해수를 가열하는 탄소중립적 방법이 시도되고 있다. 그러나 태양열은 낮 4-5시간 정도만 활용이 가능해 장치가 구동하지 못하는 시간에는 해수가 분리막에 접촉한 채로 물이 증발하게 된다. 그 결과 탄산칼슘(CaCO3) 또는 황산칼슘(CaSO4)이 분리막 표면에 쌓이는 막오염이 일어나 담수 생산량이 감소하거나 오염되는 문제가 발생한다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진)은 물자원순환연구단 정성필 박사팀이 하루 중 변동되는 태양에너지 조건에서도 분리막의 막오염 억제가 가능한 무약품 세척 기술을 개발해 해수담수화 기술의 상용화 가능성을 높였다고 밝혔다. 직접적인 태양에너지 변동을 모사하는 연구는 파일럿 규모의 현장 연구에서 가능하기 때문에 실험실 기반 연구에서는 제한적이다. 따라서 그동안 태양에너지를 이용하는 담수화 연구의 경우 정오의 태양에너지(1 Sun 조건)를 모사하여 열 또는 빛 에너지 공급 차원에서 짧은 시간의 실험이 주로 수행됐다. 반면 KIST 연구진은 인공해수 온도를 1시간에 10°C씩, 8시간 동안 20°C에서 80°C까지 증가 및 감소시킨 후에 16시간 동안 실험실 온도(20°C)에서 방치하는 방식으로 4일(총 96시간) 동안 해수를 농축시키면서 막증류 공정을 간헐 운전하여 하루 중 태양에너지 변동을 실험실에서 모사했다. 그 결과 분리막을 세척하지 않는 조건에서는 하루만 운영해도(해수 농축 배율 1.2배 시점) 막젖음이 발생해 안정적 운영이 불가능한 것을 확인할 수 있었다. 일반적으로 막오염 물질의 세척을 위해서 산, 염기 및 차아염소산 등의 약품을 사용하고, 세척 후에 발생하는 폐수를 처리하기 위한 환경 비용이 추가로 발생한다. KIST 연구진은 화학약품에 대한 작업자의 안전을 확보하고, 폐수 처리 비용을 절감하기 위해 생산된 담수로 분리막을 물리적으로 세척하는 기술을 제안했다. 연구진은 막증류 공정이 중단될 때 분리막과 접촉한 채로 방치되는 농축 해수를 배수하고 생산된 담수로 세정한 후 건조했다. 그 결과 다음 운전 시작할 때 막오염과 막젖음이 발생하지 않는 것을 확인하였으며, 총 96시간, 4회 반복 과정에서도 (해수 최대 2.7배 이상 농축) 분리막의 성능 감소 없이 안정적으로 운영할 수 있음을 확인하였다. KIST 정성필 박사는 “전기 인프라나 운영비 지원이 부족한 개도국 또는 오지에서 태양열만으로 담수화 시스템을 안정적으로 운용할 수 있을 것”이라며, “앞으로 막증류 공정뿐 아니라 다양한 해수담수화 공정으로 적용이 확장될 수 있을 것으로 기대된다”라고 밝혔다. 과학기술정보통신부(장관 이종호)의 지원으로 KIST 주요사업(미래원천기후환경기술개발사업사업)으로 수행된 이번 연구 성과는 국제 학술지 「npj Clean Water」에 7월 5일 게재*되었다. * Operational strategy preventing scaling and wetting in an intermittent membrane distillation process [그림 1] 막 증류 기반 담수화 공정 간헐 운전 조건 [그림 2] 막 증류 기반 담수화 공정 세정 조건(P1, P2, P3) [그림 3] 막 증류 기반 담수화 공정 물 생산 성능 변화 [그림 4 ] 막 증류 기반 담수화 공정의 막 젖음 정도 [그림 5] 세척 기술 적용 여부에 따른 개념도 ○ 논문명: Operational strategy preventing scaling and wetting in an intermittent membrane distillation process ○ 학술지: npj Clean water ○ 게재일: 2023.07. ○ DOI: 10.1038/S41545-023-00268-4 ○ 논문저자 - 김혜원 박사 후 연구원(제1저자/KIST 물자원순환연구단) - 장암 교수(공저자/성균관대학교 건설환경공학부) - 정성필 책임연구원(교신저자/KIST 물자원순환연구단)

- 주기적인 태양 에너지 변화 조건 모사하여 안정적으로 운영 가능한 무약품 분리막 세척 기술 개발 해수담수화 기술 중 막증류 공정은 바닷물을 가열해 발생한 수증기를 소수성 분리막의 공극으로 이동시킨 후, 응축 과정을 거쳐 염분이 배제된 순수한 물을 얻는 기술이다. 최근 막증류 공정에서 태양열을 이용하여 해수를 가열하는 탄소중립적 방법이 시도되고 있다. 그러나 태양열은 낮 4-5시간 정도만 활용이 가능해 장치가 구동하지 못하는 시간에는 해수가 분리막에 접촉한 채로 물이 증발하게 된다. 그 결과 탄산칼슘(CaCO3) 또는 황산칼슘(CaSO4)이 분리막 표면에 쌓이는 막오염이 일어나 담수 생산량이 감소하거나 오염되는 문제가 발생한다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진)은 물자원순환연구단 정성필 박사팀이 하루 중 변동되는 태양에너지 조건에서도 분리막의 막오염 억제가 가능한 무약품 세척 기술을 개발해 해수담수화 기술의 상용화 가능성을 높였다고 밝혔다. 직접적인 태양에너지 변동을 모사하는 연구는 파일럿 규모의 현장 연구에서 가능하기 때문에 실험실 기반 연구에서는 제한적이다. 따라서 그동안 태양에너지를 이용하는 담수화 연구의 경우 정오의 태양에너지(1 Sun 조건)를 모사하여 열 또는 빛 에너지 공급 차원에서 짧은 시간의 실험이 주로 수행됐다. 반면 KIST 연구진은 인공해수 온도를 1시간에 10°C씩, 8시간 동안 20°C에서 80°C까지 증가 및 감소시킨 후에 16시간 동안 실험실 온도(20°C)에서 방치하는 방식으로 4일(총 96시간) 동안 해수를 농축시키면서 막증류 공정을 간헐 운전하여 하루 중 태양에너지 변동을 실험실에서 모사했다. 그 결과 분리막을 세척하지 않는 조건에서는 하루만 운영해도(해수 농축 배율 1.2배 시점) 막젖음이 발생해 안정적 운영이 불가능한 것을 확인할 수 있었다. 일반적으로 막오염 물질의 세척을 위해서 산, 염기 및 차아염소산 등의 약품을 사용하고, 세척 후에 발생하는 폐수를 처리하기 위한 환경 비용이 추가로 발생한다. KIST 연구진은 화학약품에 대한 작업자의 안전을 확보하고, 폐수 처리 비용을 절감하기 위해 생산된 담수로 분리막을 물리적으로 세척하는 기술을 제안했다. 연구진은 막증류 공정이 중단될 때 분리막과 접촉한 채로 방치되는 농축 해수를 배수하고 생산된 담수로 세정한 후 건조했다. 그 결과 다음 운전 시작할 때 막오염과 막젖음이 발생하지 않는 것을 확인하였으며, 총 96시간, 4회 반복 과정에서도 (해수 최대 2.7배 이상 농축) 분리막의 성능 감소 없이 안정적으로 운영할 수 있음을 확인하였다. KIST 정성필 박사는 “전기 인프라나 운영비 지원이 부족한 개도국 또는 오지에서 태양열만으로 담수화 시스템을 안정적으로 운용할 수 있을 것”이라며, “앞으로 막증류 공정뿐 아니라 다양한 해수담수화 공정으로 적용이 확장될 수 있을 것으로 기대된다”라고 밝혔다. 과학기술정보통신부(장관 이종호)의 지원으로 KIST 주요사업(미래원천기후환경기술개발사업사업)으로 수행된 이번 연구 성과는 국제 학술지 「npj Clean Water」에 7월 5일 게재*되었다. * Operational strategy preventing scaling and wetting in an intermittent membrane distillation process [그림 1] 막 증류 기반 담수화 공정 간헐 운전 조건 [그림 2] 막 증류 기반 담수화 공정 세정 조건(P1, P2, P3) [그림 3] 막 증류 기반 담수화 공정 물 생산 성능 변화 [그림 4 ] 막 증류 기반 담수화 공정의 막 젖음 정도 [그림 5] 세척 기술 적용 여부에 따른 개념도 ○ 논문명: Operational strategy preventing scaling and wetting in an intermittent membrane distillation process ○ 학술지: npj Clean water ○ 게재일: 2023.07. ○ DOI: 10.1038/S41545-023-00268-4 ○ 논문저자 - 김혜원 박사 후 연구원(제1저자/KIST 물자원순환연구단) - 장암 교수(공저자/성균관대학교 건설환경공학부) - 정성필 책임연구원(교신저자/KIST 물자원순환연구단)