건설환경공학부 장암 교수 연구팀(제1저자 임홍래 박사)은 음식물 폐기물에 함유된 지방산을 에너지 및 화학소재의 핵심 전구체로 전환하기 위한 차세대 분리막 기반 자원화 플랫폼을 성공정으로 개발하였다. 기존 분리막 공정은 막오염과 막젖음 발생으로 인해 선택성 저하와 회수 효율 감소라는 구조적 한계를 지니고 있었으나, 연구팀은 이러한 문제를 근본적으로 해결하기 위해 초소수성 표면개질 기술과 선택적 유기추출제 충진 기술을 결합한 액체지지층 접촉막(Supported liquid membrane contactor, SLMC) 공정을 도입하였다. 이를 통해 복합 조성 내 음식물 폐기물에서도 목표 지방산을 선택적이면서 고효율로 회수하는 고기능 분리막 시스템을 구현하는 데 성공하였다.

이번 연구의 핵심적 성과는 분리막 표면 및 내부에서 발생하는 막오염 및 젖음 전이를 광간섭단층영상(Optical coherence tomography, OCT)을 이용해 실시간으로 모니터링할 수 있는 기술을 적용함으로써, 성능 저하를 유발하는 미세 구조 변화를 정량적으로 규명하고, 이를 토대로 공정 운전 조건을 능동적으로 제어할 수 있는 기반을 마련하였다. 연구팀은 OCT 기반 오염 및 젖음 신호 분석을 활용하여 분리막의 세정∙교체 시점을 최적화할 수 있는 “지능형 분리막 운전 전략”을 제안하였으며, 이를 통해 장기간 운전에서의 공정 안정성과 지방산 회수 효율을 동시에 크게 향상시켰다.

또한 연구팀은 초소수성의 분리막 표면개질과 선택적 유기추출제의 화학적 특성, 분리막 내 물질전달 메커니즘을 규명을 통해, “막오염∙막젖음 억제 → 선택적 물질전달 향상 → 저에너지∙고효율 지방산 회수”라는 세 가지 기술적 난제를 단일 플랫폼에서 해결하는 독창적 기술 전략을 제시하였다. 본 기술은 음식물 폐기물뿐 아니라 해수담수화 농축수, 폐배터리 용출액 등 다성분계 유∙무기 혼합 원수에서도 목표 자원을 선택적으로 회수할 수 있는 범용 자원순환 시스템으로 확장될 수 있는 높은 잠재력을 지닌다.

본 연구는 기존 폐기물 처리 패러다임을 넘어, 저가 폐기물을 고부가가치 화학소재로 전환하는 지속가능한 자원화 기술을 제시하였다는 점에서 학문적∙산업적 의미가 크며, 과학기술정보통신부∙한국연구재단의 개인기초연구(중견연구, 2022R1A2C3007052)의 지원 아래 수행되었으며, 연구의 우수성과 차별성을 인정받아 Water Research (IF: 12.4, JCR 상위 1% 내외) 및 Chemical Engineering Journal (IF:13.2, JCR 상위 3%) 등 환경∙에너지 분야 상위 국제 학술지에 게재되는 성과를 거두었다.

논문명: Efficiently enhanced short-chain fatty acids (SCFAs) recovery from food waste condensate: Real-time wettability monitoring with supported liquid membrane contactor

저자명: 임홍래(제1저자, 성균관대학교), Duc Anh Nguyen(성균관대학교), 전동건(성균관대학교), 장소정(성균관대학교), 장암(교신저자, 성균관대학교)

저널명: Water Research

DOI: https://doi.org/10.1016/j.watres.2025.123093

논문명: Enhanced anti-wetting and anti-fouling performance of superhydrophobic supported liquid membrane contactors for selective short-chain fatty acid recovery from food waste leachate

저자명: 임홍래(제1저자, 성균관대학교), 이세미(성균관대학교), Duc Anh Nguyen(성균관대학교), Duc Viet Nguyen(Ghent University), Di Wu(Ghent University), 장암(교신저자, 성균관대학교)

저널명: Chemical Engineering Journal

DOI: https://doi.org/10.1016/j.cej.2025.168433

그림 1. 음식물 폐기물로부터 단쇄지방산 회수 대표 그림



그림 2. 음식물 폐기물 기반 지방산 회수 메커니즘, 회수효율, 선택적 전달 거동 규명

그림 3. 분리막 표면 개질에 따른 화학적∙물리적 특성

그림 4. 실시간 모니터링 기술을 통한 분리막의 구조적 특성 변화