파인 버블 기술의 연구개발과 그 활용의 가능성

기포는 음료, 수조ㆍ욕조 등에서 널리 사용되고 있으며 산업적으로도 부유선광(浮遊選鉱, flotation), 수질정화 등에 예전부터 이용되어 온 기술이지만 그 사이즈가 작아짐에 따라 다양한 특성이 나타난다. 이것을 유용하게 활용하려고 하는 기술이 파인 버블(Fine Bubble, 미세기포) 기술이다.

그림1 UFB를 Freeze Replica 전자현미경 법에 의해 관찰한 이미지

(UFB 워터의 제작 : IDEC(주), 관찰 : 산총련 가와 사키 가즈노리, 川崎一則)

기포의 본격적인 연구개발은 19세기말에 시작됐는데 1895년에 영국의 Sir Charles Parsons가 New Castle에 최초로 캐비테이션 터널(cavitation tunnel)을 만들었고 1905년에는 호주의 Broken Hill에 포말(泡沫) 부유선광 장치가 건설됐다. 1983년 프랑스의 Alstom-Atlantique 사가 출원한 마이크로 버블 분사기 ¹⁾ 가 미세기포(파인 버블)에 관한 최초의 특허로 일본에서도 ‘마이크로 버블’의 용어가 정의되어 사용된 것도 이것이 처음이라고 생각된다.

이 특허에서는 ‘마이크로 버블’을 ‘약50~100μm의 직경을 가지는 액체 중 다수의 기포’, ‘예를 들어 물속의 공기방울 등’이라고 정의하고 있다. 한편, 상기 특허의 공개에 한달 앞서 1985년 나가히로(長廣)가 극세 기포 발생장치로 일본 최초의 특허 ²⁾ 를 출원했으며 그 후 마츠시타(松下)전공, 마츠시타(松下)전기산업, 산요(山 陽)전자공업에서 계속해서 특허가 출원되는 등 수질 정화나 세정의 응용에 초점을 맞춘 또는 기포의 더욱 미세함에 초점을 맞춘 연구개발이 일본에서 열정적으로 시작됐다.

21세기에 들어와 그때까지는 소멸된다고 여겨진 1μ m이하의 작은 기포가 긴시간에 걸쳐 존재하고 있다는 보고가 산업기술종합연구소(산총련, 産総研)의 야부(矢 部) 등 ³⁾ 과 (주)REO연구소의 지바(千葉), 산총련의 다카 하시(高橋) ^{4) 5)} 에 의해 거의 같은 시기에 독립적으로 발표됐다. 그들은 ‘나노 버블’이라는 용어로 이 초(超)미세 기포를 표현했다. 야부 등이 보여준 세정효과 ³⁾ , 지바 등이 보여준 생물에 대한 효과들은 당시 큰 반향을 불러 일으켰으며 다양한 대학과 연구기관이나 기업에서 각종 발생법과 응용의 개발이 시작됐다.

하지만 계측한 것이 부유입자가 아니라 기포라는 결정적인 증거가 발견되지 않는 상황이 계속 됐고 또한 효과도 기포에 의한 것이라는 과학적 정량적인 설명도 부족한 가운데 당초 기대됐던 산업화는 진행되지 않고 있었다.

綾 信博(노부히로 아야, Nobuhiro Aya)

平澤誠一(히라사와 마코토, Makoto Hirasawa)

※ 이 기사는 프레그런스저널코리아에 수록된 기사입니다. 이 기사의 전체 내용은 프레그런스저널코리아 2018년 9월호에서 확인하실 수 있습니다.