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한양대학교 화학공학과 박기호 교수 연구팀(송인서 석사과정, 김건영 석·박사통합과정)이 물이 흐르지 않거나 매우 느리게 흐르는 환경에서도 실제와 같이 해석 가능한 정삼투 담수화(Forward Osmosis, FO) 모델을 개발했다고 10일 밝혔다. 

물의 흐름(유속)이 거의 없을 때도 정삼투 담수화는 실제로 멈추지 않는다. 양쪽 용액 사이의 삼투압 차로 물 이동이 일어나기 때문에, 유속이 낮아도 구동력이 사라지지 않는다. 다만 기존의 이론 모델은 ‘저유속·제로유속’ 구간에서 계산값이 0으로 수렴하거나 불안정해 실제 거동을 제대로 예측하지 못하는 한계가 있다.

연구팀은 이 간극을 메우기 위해, 체계적인 실험 데이터를 바탕으로 시간에 따른 농도·유량 변화를 그대로 반영하는 동적 모델을 구축했고, 실제 담수화 장치 성능에 가까운 결과 해석을 도출했다. 이러한 결과는 저유속·제로유속 에서의 물질전달을 체계적으로 해석할 수 있는 틀을 마련 했으며, 기존의 고유속 중심 설계가 비실용적이거나 비효율적인 구간에서 FO 시스템 운전의 새로운 통찰을 제시했다.

박기호 교수는 “이번 모델은 성능 예측력을 높였을 뿐 아니라, ‘분산형·소형 시스템(오프그리드 담수화, 재난 대응 모듈, 모듈식 재이용 플랫폼)’처럼 단순성, 에너지 효율성, 모듈당 회수가 중시되는 현장에 FO 저유속 운전이 실용적이고 신뢰도 높은 전략임을 뒷받침합니다.”라고 말했다.

연구팀은 추가 연구 개발(모듈 최적화, 하이브리드 연계 전략 등)을 통해 분산형 및 대규모 산업 담수화 애플리케이션에서 FO 시스템의 배포를 지원하여 보다 지속가능하고 경제적으로 실행 가능한 시스템을 만들 수 있도록 할 계획이다.

이번 연구는 대한민국 과학기술정보통신부(MSIT)의 지원을 받아 한국연구재단(NRF) 기본연구사업(과제번호 RS-2024-00355308)으로 수행되었으며, 환경부(MOE) 산하 한국환경산업기술원(KEITI)의 플라스틱 프리 특성화 대학원 프로그램지원을 통해 이루어졌다. 

이번 성과는 수자원 분야 최상위 국제학술지 『Water Research』 (IF: 12.4, Top 1.1% journal in Water Resources)에 2025년 10월에 게재됐다. 해당 논문 『A novel framework for forward osmosis in zero- and low-flow conditions: Applicability and fundamental differences from reverse osmosis』에는 한양대학교 송인서, 김건영 연구원이 제 1저자로, 한양대학교 박기호 교수가 교신저자로 참여했다.