물고기 모양에서 영감을 받은 이 필터는 미세 플라스틱을 99% 이상 제거합니다.

이 멸치의 입 안에서는 아가미궁 시스템을 통해 플랑크톤 입자가 포획됩니다. 사진 제공: 옌스 하만

세탁기에서 나오는 폐수는 미세 플라스틱의 주요 발생원으로 널리 알려져 있는데, 미세 플라스틱은 사람과 동물 모두에게 해로울 수 있는 것으로 의심되는 미세한 플라스틱 입자입니다. 이러한 오염을 줄이기 위해 본 대학의 연구진은 물고기의 아가미궁 시스템을 본뜬 새로운 필터를 개발했습니다. 특허 출원 중인 이 장치는 초기 시험에서 세탁기 폐수에서 플라스틱 섬유를 99% 이상 제거하는 효과를 보였습니다. 이 연구 결과는 학술지 npj Emerging Contaminants 에 발표되었습니다.

4인 가족이 사용하는 세탁기는 세탁 과정에서 섬유가 마모되어 떨어져 나오는 미세 플라스틱을 매년 최대 500g까지 발생시킬 수 있습니다. 따라서 일상적인 세탁은 이러한 미세 플라스틱의 가장 중요한 발생원 중 하나입니다. 오늘날 이러한 미세 플라스틱의 상당 부분은 하수처리장에서 발생하는 하수 슬러지에 섞여 들어갑니다. 이 슬러지는 종종 비료로 사용되기 때문에 미세 플라스틱 섬유는 결국 농경지에 살포될 수 있습니다.

기존 세탁기 필터가 제 역할을 못하는 이유는 무엇일까요?

문제의 심각성 때문에 많은 제조업체들이 세척수가 환경으로 유출되기 전에 미세플라스틱을 제거하는 방법을 모색해 왔습니다. 본 대학교 생물생물학 연구소의 레안드라 하만 박사는 "하지만 현재 사용 가능한 필터 시스템에는 여러 가지 단점이 있습니다."라고 설명합니다. "일부는 금방 막히고, 다른 일부는 적절한 여과 기능을 제공하지 못합니다."

하만은 박사 지도교수인 알렉산더 블랑케 박사와 다른 동료들과 함께 생물학에서 아이디어를 얻었습니다. 연구팀은 수억 년에 걸친 진화의 결과로 탁월한 자연 여과기 역할을 하는 물고기에 주목했습니다.

고등어, 정어리, 멸치와 같은 일부 어류는 물을 여과하여 먹이를 섭취합니다. 이들은 입을 크게 벌리고 헤엄치며 아가미궁을 이용해 플랑크톤을 잡아먹습니다. 본 대학의 융합 연구 분야인 "생명과 건강" 및 "지속 가능한 미래" 소속인 블랑케는 "우리는 이러한 시스템의 구조를 자세히 살펴보고 이를 모델로 삼아 세탁기에 사용할 수 있는 필터를 개발했습니다."라고 말합니다.

물고기 아가미에서 영감을 얻어 자가 세척 필터 디자인을 개발한 방법

시간이 흐르면서 이 물고기들은 교차 여과와 유사한 전략을 진화시켜 왔습니다. 이들의 아가미궁 시스템은 입구에서 가장 넓고 식도로 갈수록 좁아지는 깔때기 모양을 하고 있습니다. 깔때기 벽은 빗살 모양 구조를 포함하는 아가미궁으로 이루어져 있습니다. 이 구조들은 미세한 이빨로 덮여 있어 아가미궁 전체에 걸쳐 그물망을 형성합니다.

블랑케는 "먹이를 섭취하는 동안 물은 투과성 깔때기 모양의 벽을 통해 흐르면서 여과되고, 입자가 제거된 물은 아가미를 통해 다시 환경으로 배출됩니다."라고 설명합니다. "하지만 플랑크톤은 크기가 너무 커서 이 과정을 거치지 못하고 자연적인 체 구조에 의해 걸러집니다. 깔때기 모양 덕분에 플랑크톤은 식도로 이동하여 물고기가 삼킬 때까지 모이게 되고, 삼키는 순간 소화기관이 비워지고 깨끗해집니다."

같은 원리가 막힘 방지에도 도움이 됩니다. 입자들이 평평한 장벽에 직접 부딪히는 대신 표면을 따라 이동하며 식도 쪽으로 유도됩니다. 이 방식은 물에서 거의 모든 플랑크톤을 제거하기 때문에 매우 효율적입니다. 세탁기용 미세플라스틱 필터는 강력한 포집 능력과 막힘 방지 기능, 이 두 가지 장점을 모두 갖춰야 합니다. 세탁기용 필터를 만들기 위해 연구진은 아가미궁 구조를 재현하고 다양한 그물코 크기와 깔때기 입구 각도를 테스트했습니다.

시험 결과, 제조 비용 및 미세플라스틱 제거

"우리는 필터가 막히지 않으면서 물에서 미세 플라스틱을 99% 이상 걸러낼 수 있는 매개변수 조합을 찾아냈습니다."라고 하만은 말합니다. 연구팀은 실험실 실험과 컴퓨터 시뮬레이션을 결합하여 이러한 결과를 얻었습니다. 자연에서 영감을 받은 설계 덕분에 복잡한 움직이는 부품이 없어 생산 비용도 저렴할 것으로 예상됩니다.

포집된 미세 플라스틱은 필터 배출구에 모여 분당 여러 번 흡입됩니다. 현재 캐나다 에드먼턴에 있는 앨버타 대학교로 옮긴 하만은 수집된 물질을 기계 내부에서 압착하여 남은 물기를 제거할 수 있다고 말합니다. 이렇게 만들어진 플라스틱 알갱이는 수십 번 세척할 때마다 꺼내 일반 쓰레기와 함께 버릴 수 있습니다.

특허, 업계의 기대, 그리고 건강 문제

본 대학교 연구팀과 프라운호퍼 환경·안전·에너지 기술 연구소(UMSICHT)는 이미 독일에서 특허를 출원했으며, 현재 유럽 연합 차원에서 특허 출원을 진행 중입니다. 연구진은 제조업체들이 이 설계를 개선하여 미래 세탁기에 적용하기를 기대하고 있습니다. 그렇게 되면 섬유에서 발생하는 미세 플라스틱의 확산을 최소한 어느 정도 줄일 수 있을 것입니다. 이러한 미세 플라스틱 입자는 심각한 건강 문제를 야기할 수 있다는 분석 결과가 나오고 있어, 이 문제에 대한 해결책 마련은 시급합니다. 이미 모유와 태반, 심지어 뇌에서도 미세 플라스틱이 검출된 바 있습니다.

참여 기관 및 자금 지원

본 연구에는 본 대학교 외에도 프라운호퍼 환경·안전·에너지 기술 연구소(UMSICHT)가 참여했습니다. 연구 자금은 독일 연방 연구·기술·우주부(BMFTR)와 유럽 연구 위원회(ERC)에서 지원받았습니다. 발명품의 보호 및 마케팅 지원은 본 대학교의 기술 이전 센터인 enaCom이 노르트라인베스트팔렌(NRW) 주 대학 지식 및 기술 이전 네트워크 "innovation2business.nrw"의 서비스 제공업체인 PROvendis GmbH와 긴밀히 협력하여 제공합니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2025/12/251222044102.htm