작은 물방울이 만든 푸른 에너지 혁명, 스위스 EPFL '블루 에너지' 돌파구 열다

블루에너지 가상 생성 이미지

바닷물과 민물이 만나는 곳에서 발생하는 '블루 에너지(삼투압 에너지)'는 친환경 미래 에너지원으로 오랫동안 주목받아 왔습니다. 하지만 상용화를 가로막는 치명적인 기술적 한계가 존재했는데요, 최근 스위스 로잔 연방 공과대학교(EPFL) 연구진이 이 문제를 해결할 혁신적인 나노 기술을 발표했습니다.

블루 에너지의 기존 한계점

블루 에너지는 이온 농도가 높은 바닷물과 농도가 낮은 민물 사이에 이온 선택성 막을 설치해, 이온이 낮은 농도 쪽으로 이동하면서 발생하는 전압을 전기로 바꾸는 원리입니다. 여기서 핵심은 특정 이온만 정밀하게 골라내면서도 빠르게 이동시키는 것입니다.

하지만 기존 기술에서는 속도를 높이면 선택성이 떨어지고, 반대로 선택성을 높이면 속도가 느려지는 상충(Trade-off) 딜레마가 있었습니다. 또한 실제 환경의 수압을 견디며 막의 성능을 오래 유지하기도 어려워, 블루 에너지는 그동안 실험실 수준의 프로토타입에 머물러 있었습니다.

EPFL 연구진의 해결책: 지질 이중층 코팅 나노 구멍

알렉산드라 라데노비치(Aleksandra Radenovic) 교수가 이끄는 EPFL 나노스케일 생물학 연구실(LBEN) 팀은 세포막을 구성하는 물질인 '지질 이중층(lipid bilayer)'을 활용해 해답을 찾았습니다. 연구진은 실리콘 질화물 막에 뚫린 미세한 나노 구멍(Nanopores)을 미세한 지질 분자 방울(리포좀)로 코팅했습니다.

수화 윤활(Hydration lubrication) 원리를 통한 성능 극대화

이 지질 코팅은 물과 친한(친수성) 머리 부분이 바깥을 향하게 배열되어, 수 분자 두께의 극도로 얇은 물막을 형성합니다. 이 얇은 물막이 일종의 윤활유 역할을 해서 이온이 구멍 벽에 직접 마찰하는 것을 막아줍니다. 마찰이 줄어들자 이온은 선택성을 잃지 않으면서도 비약적으로 빠르게 막을 통과할 수 있게 되었습니다.

획기적인 에너지 효율 향상

연구진은 이 원리를 적용하여 1,000개의 지질 코팅 나노 구멍을 육각형 패턴으로 배열한 기기를 만들고, 강물과 바닷물이 만나는 실제 환경의 염분 농도와 유사하게 테스트했습니다. 그 결과, 현재의 폴리머 막 기술보다 2~3배나 높은 제곱미터당 약 15와트(W)의 전력 밀도를 달성했습니다.

연구진은 이번 성과가 고다공성 폴리머 막의 장점과 나노 유체 기기의 정밀한 제어력을 완벽하게 결합한 결과라고 설명했습니다. 해당 연구 결과는 세계적인 학술지 네이처 에너지(Nature Energy) 2026년 2월 16일 자에 게재되었습니다. 제1저자인 윤페이 텅(Yunfei Teng)은 이번 발견의 핵심인 수화 윤활 원리가 블루 에너지뿐만 아니라 다양한 나노 유체 시스템 전반에 폭넓게 응용될 수 있을 것이라고 강조했습니다.

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