햇빛을 열로 바꾸고 그 열로 바닷물을 증발시켜 담수를 얻을 수 있는 기술이 나왔다.
울산과학기술원(UNIST) 에너지화학공학과 장지현 교수팀은 표면에 소금이 끼는 것을 막을 수 있는 태양열 해수 증발 장치를 개발했다고 21일 밝혔다. 이 장치에서 증발한 수증기를 응축하면 먹는 물을 얻을 수 있다. 전기가 필요 없고, 물이 증발한 뒤 남은 소금이 쌓여 생기는 장치 성능 저하도 막아 개발도상국의 식수난 해결에 도움이 될 수 있을 것으로 기대된다.
연구팀이 개발한 증발 장치는 ‘ㄱ’자 모양의 종이로 이뤄져 있다. 종이는 리트머스 시험지처럼 물을 빨아들이는 성질이 있어 바닷물이 종이 기둥을 타고 위로 스며 오르게 된다. 올라온 바닷물은 종이 윗면에 발라진 뜨거운 광열흡수체와 만나 빠르게 수증기로 바뀐다. 광열흡수체는 햇빛을 받아 발열하는 소재로, 연구팀이 사용한 페로브스카이트 소재는 발열 효율이 높아, 일반적인 해수의 증발 속도보다 8~10배 빠르게 물을 증발시킨다.
또 ‘ㄱ’자 모양의 설계 덕분에 같이 딸려온 염분은 광열흡수체의 가장자리로 밀려나 고체 형태로 석출된다. 쌓인 소금도 쉽게 제거 혹은 회수해 재사용 할 수 있고, 광열흡수체 표면은 항상 깨끗한 상태로 유지돼 장치 성능을 오래 유지할 수 있다.
이 증발 장치는 시간당 3.4㎏/㎡(약 3.4ℓ)의 해수를 증발해내는 수준이다. 해수는 담수보다 증발 속도가 느려, 일반적으로 햇빛 아래서 시간당 1㎡ 기준 0.3~0.4㎏ 정도만 증발한다.
내구성도 입증했다. 염분 농도가 해수보다 훨씬 높은 20% 고농도 소금물 조건에서도 2주 연속으로 작동했다.
제1저자인 소우럽 차울레(Saurav Chaule) 박사는 “ㄱ자형 증발기는 지속 가능한 담수화뿐만 아니라 소금과 같은 친환경 자원의 회수 기술로도 응용이 가능하다”고 설명했다.
장지현 교수는 “새로운 구조 설계와 페로브스카이트 반도체 기반 광열흡수체를 적용해 외부 전력 없이도 시간당 3.4㎏의 담수 생산이 가능한 장치 개발에 성공했다”며 “매우 경제적이고 쉬운 방식으로, 향후 수자원 문제의 실질적 해법이 될 수 있을 것”이라고 말했다.
이번 연구성과는 어드밴스드 에너지 머티리얼스 (Advanced Energy Materials)의 후면 표지 논문으로 선정되었으며, 온라인으로는 7월 17일 공개돼 정식 출판을 앞두고 있다. 연구 수행은 ‘미세플라스틱 대응 화공·바이오 융합 공정 연구센터’의 ERC 과제와 중견연구과제 지원을 받아 이뤄졌다.
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