햇빛으로 식수 만드는 ‘해수담수화’ 효율 99% 최고치 찍었다

기존 광열 증발기보다 우수한 증발 성능 및 자정 기능 갖춰

그림) 태양광 기반의 광열증발기를 이용한 해수담수화 시스템(좌측에서부터 첫 번째) 광열 증발기는 태양광을 조사하면 광열반응을 통해 해수를 빠르게 증발시켜 식수를 생산해낸다. (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 제작하여 건물 옥상에 설치한 결과, 3개월간 증발기 면적 1m2 당 25~30 리터의 식수를 안정적으로 생산하였다/사진=포항공대

바닷물로부터 많은 양의 식수를 저렴하고 지속적으로 얻을 수 있는 길이 열렸다.

한국연구재단은 이상준 포항공과대 교수 연구팀이 99% 효율의 높은 증발 성능을 지속시킬 수 있는 ‘태양광 기반 해수담수화용 광열 증발기’와 이를 이용한 담수화 기술을 개발했다고 30일 밝혔다.

‘해수담수화’는 해수로부터 염분을 포함한 용해물질을 제거해 식수 및 생활용수를 얻어내는 과정, ‘광열 증발기’는 빛에너지를 열에너지로 변화시켜 물을 증발시키는 장치를 말한다.

연구팀이 개발한 해수 담수화 기술은 외부로부터 전기나 열에너지 공급을 받는 기존 기술들과 달리 태양광을 사용해 이산화탄소가 발생하지 않고 경제적이다.

기존 태양광 기반 증발식 담수화 기술들은 증발효율이 낮아 식수 생산량이 많지 않았다. 또 해수 증발시 멤브레인 표면에 소금 결정들이 생성되고 시간 경과에 따라 멤브레인이 점점 막힐 수 있어 증발 성능을 계속 유지할 수 없었다.

연구팀은 이 같은 문제를 해결하기 위해 각설탕으로 만든 다공성 실리콘으로 구조를 설계해 증발효율을 높이고, 자정기능도 갖춘 증발용 광열 멤브레인도 개발했다. 이는 물 분자와 쉽게 결합하고 열이 외부로 전달되지 않는 특성을 가져 99% 증발 효율을 나타냈다. 자정 기능도 높아 장기간 안정적인 식수 생산이 가능하다는 게 연구팀의 설명이다.

이 교수는 “이번에 개발한 멤브레인을 해수에 띄워 태양광을 쬐었더니 해수를 99.997%의 매우 높은 효율로 담수화했다”며 “담수된 물은 WHO(세계보건기구) 등의 식수 기준을 만족한다”고 설명했다. 아울러 연구팀이 태양광 기반 담수화 장치를 건물 옥상에 설치하고 3개월간 실험한 결과, 매일 30 리터/㎡의 담수 생산능력을 보였다.