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햇빛으로 해수→식수···99.9% 정화 "WHO 기준 만족"

이상준 포스텍 연구팀, 해수담수화용 광열 증발기·기술 개발
실험 결과 3개월간 매일 30liter/m2의 높은 담수 생산능력 보여
태양광 기반의 광열증발기를 이용한 해수담수화 시스템  (좌측에서부터 첫 번째) 광열 증발기는 태양광을 조사하면 광열반응을 통해 해수를 빠르게 증발시켜 식수를 생산한다. (좌측에서부터 두 번째) 개발된 증발기는 태양광 조사 시 99%의 매우 높은 증발효율로 많은 양의 증기를 생산한다. (좌측에서부터 세 번째, 네 번째) 태양광 기반 해수담수화 시스템을 제작헤 건물 옥상에 설치한 결과, 3개월간 증발기 면적 1m2 당 25~30리터의 식수를 안정적으로 생산했다. <사진=연구재단 제공>태양광 기반의 광열증발기를 이용한 해수담수화 시스템 (좌측에서부터 첫 번째) 광열 증발기는 태양광을 조사하면 광열반응을 통해 해수를 빠르게 증발시켜 식수를 생산한다. (좌측에서부터 두 번째) 개발된 증발기는 태양광 조사 시 99%의 매우 높은 증발효율로 많은 양의 증기를 생산한다. (좌측에서부터 세 번째, 네 번째) 태양광 기반 해수담수화 시스템을 제작헤 건물 옥상에 설치한 결과, 3개월간 증발기 면적 1m2 당 25~30리터의 식수를 안정적으로 생산했다. <사진=연구재단 제공>

2030년에는 7억명이 물 부족에 시달릴 것으로 예상되고 있는 가운데, 태양광을 이용해 별도의 전처리 과정이나 전문가 도움 없이 지구 상 물의 97%를 차지하는 해수로부터 대령의 식수를 얻을 수 있는 길이 열렸다.

한국연구재단(이사장 노정혜)은 이상준 포스텍 연구팀이 99% 효율의 높은 증발성능을 지속시킬 수 있는 태양광 기반 해수담수화용 광열 증발기와 이를 이용한 담수화 기술을 개발했다고 30일 밝혔다. 이는 99.997%의 매우 높은 효율로 해수를 담수화했으며, 담수된 물은 WHO와 EPA의 식수 기준을 만족시켰다. 

태양광을 이용한 증발 담수 기술은 태양광을 멤브레인에 조사(照射)해 광열 반응으로 해수를 증발시켜 식수를 생산, 전기나 열에너지 소모가 없고 이산화탄소가 발생하지 않아 경제적이고 친환경적이다. 

하지만 기존 증발식 담수화 기술은 증발효율이 낮아 식수 생산량이 많지 않았다. 해수 증발시 멤브레인 표면에 소금 결정들이 생성되고 시간에 따라 멤브레인이 점점 막힐 수 있어 증발 성능을 지속적으로 유지할 수 없었다. 

연구팀은 저렴한 각설탕으로 만든 다공성 실리콘 구조로 역대 최고 증발효율과 자정기능을 가진 증발용 광열 멤브레인을 개발, 해수·염수로부터 장기간 안정적이고 많은 양의 식수 생산 성능을 확인했다. 

연구팀은 광열 멤브레인의 초친수성·열 국부화(heat localization) 특성을 이용해 99% 증발 효율을 얻었다. 또한 다공성 매질 내부 유동 활성화 기술을 도입해 멤브레인에 자정(self-cleaning) 기능을 탑재, 장기간 안정적인 식수 생산을 가능하게 했다.  

태양광 기반 담수화 장치를 건물 옥상에 설치하고 3개월간 실험한 결과, 매일 30liter/m2의 매우 높은 담수 생산능력을 보였다.

연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 중견연구지원사업과 자연모사혁신기술개발사업 지원으로 수행됐으며, 에너지 분야 국제학술지 '나노에너지(Nano Energy)'에 지난 28일에 게재됐다.

(왼쪽부터)교신저자 이상준 교수, 제1저자 이재현 석·박사 통합과정. <사진=연구재단 제공>(왼쪽부터)교신저자 이상준 교수, 제1저자 이재현 석·박사 통합과정. <사진=연구재단 제공>
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