커피 내린 후 99.8% 버려지는 찌꺼기, 반도체 폐수 정화 필터로 부활

KIST-동국대, 커피찌꺼기 가공해 반도체 폐수 속 구리이온 정화하는 나노 복합소개 기술 개발

커피 한 잔을 내릴 때 쓰는 커피콩의 0.2%만 우리가 마시는 커피가 된다. 나머지 99.8%는 찌꺼기로 버려진다. 우리나라에서만 한해 15만톤의 커피 폐기물이 나온다. 

한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진)은 커피 찌꺼기와 생분해성 고분자를 복합화해 구리이온 제거용 나노복합필터를 개발했다고 4일 밝혔다. 반도체 공정 폐수에 포함된 중금속 정화 등에 활용이 기대된다. 

커피 찌꺼기 표면은 다공성 구조이고 음전하를 띤 다양한  기능기들로 구성돼 있어 양전하를 띠는 폐수 속 중금속 흡착에 쓰인다. 그러나 기존의 커피 활용 구리이온 제거 기술은 단순히 커피찌꺼기 가루를 물에 풀어 사용하는 방식이라 사용 후엔 화학 구조가 쉽게 망가지고 수거도 어렵다는 문제가 있다. 

KIST 구조용복합소재연구센터 이민욱 박사 연구팀과 동국대 화학과 김영관 교수 연구팀은 KIST 전북분원이 보유한 복합소재 기술을 활용, 캡슐커피 안의 커피 찌꺼기를 수거한 후 세척이나 불순물 제거 같은 별도 전처리 공정 없이 생분해성 플라스틱인 PCL(Poly Capro Lactone)과 함께 용매에서 균일하게 복합화하는데 성공했다. 

이후 이 복합용액을 전기방사해 촘촘하고 균일한 형태의 커피 찌꺼기와 생분해성 고분자로 이루어진 나노복합필터를 만들었다. 이렇게 제조된 소재는 초기농도 100마이크로몰라(μM)의 폐수에서 4시간 안에 90% 이상의 중금속 제거 효율을 보였다. 폐수가 음용수 기준을 만족하는 수준으로 정화된 것이다. 5g 무게의 캡슐 커피 1개로 약 10리터의 폐수를 정화할 수 있는 나노복합필터를 만들 수 있다. 

나노복합필터 개념도. 반도체 폐수에 함유된 중금속 이온들이 나노복합필터를 거치면서 제거되어 음용수가 되는 과정을 도식화했다. 커피 찌꺼기가 나노복합 필터로 재탄생하는 과정을 보여준다. (자료=KIST)

이민욱 박사는 "이번 연구는 환경 오염의 원인이 되는 폐기물을 간단하게 복합 소재로 만들어 경제적이면서도 친환경적인 수처리 기술을 개발했다는 점에서 의미 있다"라며 "앞으로 커피 찌꺼기를 표면처리 하거나 다른 자연소재를 탐색해 친환경적이면서도 성능이 높은 다양한 필터를 개발할 계획"이라고 밝혔다. 이번 연구는 반도체 공정의 환경 문제 해결에 기여할뿐만 아니라 커피 산업이 고민해오던 문제에도 해결책을 제시할 것으로 연구진은 기대했다. 

이 연구는 과학기술정보통신부 나노·미래소재원천기술개발사업(소재혁신선도프로젝트)과 산업통상자원부의 탄소저감형 석유계 원료 대체화학공정개발사업의 지원을 받아 수행됐다. 연구 결과는 학술지 '저널 오브 워터 프로세스 엔지니어링(Journal of Water Process Engineering)에 게재됐다.