1. 버려지는 폐기물을 활용한 미세플라스틱 흡착 필터 개발 및 효율성 연구 탐구 방향: 해양 및 수질 오염의 주범인 미세플라스틱을 효율적으로 제거하는 필터 소재를 개발하는 실험 탐구다. 커피 찌꺼기, 굴 껍데기, 폐섬유 등 일상에서 쉽게 버려지는 유기 또는 무기 폐기물을 탄화시키거나 특정 전처리 과정을 거쳐 흡착제로 활용하는 방안을 모색한다. 다양한 종류의 폐기물 기반 흡착제를 제작한 뒤, 미세플라스틱이 포함된 오염수 모형에 적용하여 미세플라스틱 흡착률을 비교 분석한다. 흡착제의 표면적, 기공 크기, 화학적 조성 등이 흡착 효율에 미치는 영향을 탐색하고, 최적의 흡착 효율을 보이는 필터 제작 조건을 도출한다. 이 탐구는 폐기물 재활용과 환경 문제 해결이라는 두 가지 목표를 동시에 달성하는 지속 가능한 공학적 해결책을 제시하는 데 기여한다. 전공 연계성: 환경공학, 재료공학 분야와 깊이 연계된다. 폐기물을 자원화하여 환경 문제를 해결하는 과정은 환경공학의 핵심 가치와 일치한다. 특히 다양한 물질의 물리화학적 특성을 이해하고 이를 활용하여 새로운 기능을 가진 소재(필터)를 개발하는 것은 재료공학적 사고와 직결된다. 흡착 메커니즘 분석은 화학공학적 지식을 필요로 한다. 2. 태양광 발전 패널의 효율을 저해하는 요인 분석 및 표면 처리 기술 개발 탐구 방향: 기후변화 대응의 중요한 기술 중 하나인 태양광 발전은 패널 표면에 쌓이는 먼지, 황사, 조류 등으로 인해 발전 효율이 감소하는 문제가 있다. 이 탐구는 다양한 오염 물질이 태양광 패널의 발전 효율에 미치는 영향을 실험적으로 분석한다. 여러 종류의 오염 물질(모래, 흙, 황사 입자, 특정 용액 등)을 인공적으로 패널 표면에 부착시킨 후, 시간 경과에 따른 발전량 변화를 측정한다. 나아가 패널 표면에 연꽃잎 효과를 모방한 초소수성 코팅이나 정전기 방지 코팅 등 자기 세정 기능이 있는 표면 처리 기술을 적용하여 오염 방지 및 발전 효율 유지에 기여하는 방안을 연구한다. 코팅 처리된 패널과 미처리 패널의 오염도 및 발전 효율 변화를 비교 분석하여 최적의 오염 방지 기술을 탐색한다. 전공 연계성: 신재생에너지 공학, 재료공학, 환경공학 분야에 연계된다. 태양광 발전 효율 향상은 에너지 공학의 핵심 과제이며, 효율을 저해하는 환경적 요인을 분석하는 것은 환경공학적 접근이다. 패널 표면을 개선하기 위한 코팅 기술 개발은 재료공학적 지식을 활용한다. 광전 효과와 물질 표면 특성 간의 관계를 이해하는 것은 물리학 및 화학적 기초를 필요로 한다. 3. 도시 열섬 현상 완화를 위한 식생 피복 유형별 냉각 효과 비교 연구 탐구 방향: 기후변화로 인한 도시의 고온 현상인 열섬 효과는 도시 생활 환경에 부정적인 영향을 미친다. 이 탐구는 도시 내 다양한 식생 피복 유형(옥상 녹화, 벽면 녹화, 가로수 등)이 주변 기온 및 습도에 미치는 영향을 실험적으로 비교 분석한다. 작은 규모의 모형 도시를 제작하거나, 실제 [학교] 건물 옥상 및 벽면 일부에 다양한 식물을 식재하여 특정 구간을 설정한다. 각 구간에서 식생의 종류(예: 덩굴식물, 잔디, 키 큰 나무)와 밀도에 따라 지표면 및 공중의 온도, 습도 변화를 주기적으로 측정한다. 특히 태양 복사열 흡수 및 증산 작용에 따른 냉각 효과의 차이를 집중적으로 탐구한다. 식생 피복이 도시 환경의 미기후 조절에 얼마나 기여하는지 정량적으로 평가하고, 가장 효율적인 식생 피복 방안을 제안한다. 전공 연계성: 환경공학, 건축공학, 도시공학 분야에 연계된다. 도시 환경 문제 해결을 위한 공학적 접근이며, 식물을 활용한 냉각 효과 분석은 환경생태학적 지식을 바탕으로 한다. 건축물의 에너지 효율과 쾌적성 향상을 위한 설계에 적용될 수 있어 건축공학과 관련이 깊다. 도시의 지속 가능성을 높이는 계획을 수립하는 도시공학적 관점에서도 중요하다. 4. 빗물 재활용 시스템의 수질 개선을 위한 천연 필터 소재 개발 및 성능 평가 탐구 방향: 기후변화로 인한 물 부족 문제에 대응하기 위해 빗물 재활용은 중요한 대안이 된다. 이 탐구는 빗물 저장 및 재활용 시스템에서 빗물의 수질을 개선하기 위한 효과적인 천연 필터 소재를 개발하고 그 성능을 평가한다. 숯, 모래, 자갈, 식물(수생식물 포함), 코코넛 섬유 등 자연에서 얻을 수 있는 다양한 재료들을 조합하여 다층 필터를 제작한다. 오염된 빗물 모형(빗물에 흙, 나뭇잎 등 불순물 첨가)을 준비하고 제작된 필터를 통과시킨 후, 필터 전후의 탁도, pH, 부유물질 농도, 일부 중금속(가능하다면) 등의 수질 지표를 측정하여 비교 분석한다. 각 필터 소재의 조합 및 배치 순서에 따른 정화 효율의 차이를 확인하고, 가장 효과적인 천연 필터 시스템을 도출한다. 전공 연계성: 환경공학, 수자원공학 분야에 연계된다. 깨끗한 물의 안정적인 확보는 환경공학의 중요한 과제다. 빗물 수집 및 정화 기술은 수자원 관리 및 활용 측면에서 수자원공학의 핵심 분야다. 자연 재료를 활용한 필터 설계는 지속 가능한 기술 개발의 방향과 일치한다. 수질 분석을 통해 환경 오염 물질의 특성을 이해하는 과정은 화학 및 생물학적 지식을 필요로 한다. 5. 해조류 바이오매스를 활용한 탄소 흡수 및 친환경 에너지원으로서의 잠재력 탐구 탐구 방향: 대기 중 이산화탄소 농도 증가는 기후변화의 주요 원인이다. 이 탐구는 해조류가 광합성을 통해 이산화탄소를 흡수하는 능력을 정량적으로 평가하고, 흡수된 탄소를 활용하여 바이오에너지를 생산하는 가능성을 탐색하는 실험이다. 다양한 종류의 해조류(예: 다시마, 미역)를 동일한 조건에서 배양하며 성장 속도와 이산화탄소 흡수량을 측정한다. 특정 시간 동안 배양된 해조류를 수확하여 바이오매스 양을 측정하고, 이를 바이오에탄올, 바이오디젤 등으로 전환하는 소규모 실험(예: 발효 및 증류)을 시도한다. 해조류 바이오매스에서 얻어지는 에너지를 측정하여, 해조류가 탄소 중립적 에너지원으로서 가지는 잠재력을 분석한다. 이 탐구는 해조류의 환경 정화 능력과 에너지 생산 능력을 동시에 평가한다. 전공 연계성: 환경공학, 해양공학, 화학공학, 신재생에너지 공학 분야에 연계된다. 해조류를 이용한 탄소 포집은 환경공학의 중요한 기술이며, 해양 생물을 활용하는 것은 해양공학적 접근이다. 해조류 바이오매스로부터 에너지를 추출하는 과정은 화학공학의 바이오리파이너리 기술과 관련이 깊다. 지속 가능한 에너지원을 개발하는 측면에서 신재생에너지 공학의 범주에 속한다.