포스텍 등 연구진, 태양열·전기열 이용…날씨에 영향받지 않고 안정적 물 생산
포스텍(포항공대) 기계공학과 이상준 교수, 미래기계기술 프론티어 리더 양성 교육연구단 히긴스 윌슨 박사 연구팀이 낮과 밤, 날씨 등 외부 환경에 영향을 받지 않고 바닷물을 빠르게 식수로 바꾸는 기술을 개발했다.
해당 기술은 전 세계적으로 겪고 있는 '물 부족' 문제를 해결하는 실질적인 해법이 될 것으로 기대를 모은다.
연구 결과는 '커뮤니케이션즈 엔지니어링'에 최근 게재됐다.
지구는 표면의 70%가 물(바다)로 이뤄져 있지만 마실 수 있는 물은 전체 2.5%에 불과하다. 만약 바닷물을 식수로 자유롭게 바꿀 수만 있다면 인류는 물 걱정없이 삶의 영위가 가능하다.
많은 연구진들은 태양열을 활용해 물과 공기 계면에서 증기를 직접 생성하는 '계면증발 기술'을 담수화에 활용하고 있는데, 이 기술은 날씨 변화에 따라 성능에 큰 차이가 있어 일괄 적용이 쉽지 않다는 게 흠이다.
이에 연구팀은 계면증발 기술에 5V(볼트) 이하의 낮은 전압 전기를 이용한 '줄(Joule) 가열' 방식을 적용했다.
전기장판이 따뜻해지는 원리처럼 전기가 흐를 때 발생하는 열을 이용하는 방식인데, 태양열과 전기열을 동시에 사용하기 때문에 하루 종일 안정적으로 담수를 만들어낼 수 있다.
연구팀은 이 기술의 효율을 더하기 위해 빠른 증발과 함께 내구성을 확보할 수 있는 구멍이 촘촘한 수세미 구조의 '유리질 탄소 스펀지'도 개발했다.
이 소재는 가볍고 고온에서도 안정적인 데다 전기 역시 잘 흐르는 특성이 있다.
연구팀이 개발한 기술을 통해 순수한 물을 증발시키는 실험을 진행한 결과 증발기 표면 온도가 빠르게 물의 비등점에 가까운 약 98°C에 도달했고, 시간당 205kg/㎡의 수분을 증발시켰다.
이 증발률은 기존 세계 최고 기록보다 2배 이상 높은 수치다.
특히 짠 성분의 농도(3.5wt%)를 가진 바닷물의 경우도 증발이 일어나는 표면에 염이 석출돼 증발 속도는 느려지지만 시간당 18kg/㎡의 수분을 생산해 내며 앞서는 볼 수 없었던 담수화 성능을 보였다.
연구팀은 안정성과 실용성을 갖춘 이 기술이 사막이나 해안지역 등을 많이 낀 물 부족 국가에서 다양하게 활용될 수 있을 것으로 기대했다.
이상준 포스텍 교수는 "이번 연구는 계면 증발식 담수화가 직면한 성능 한계를 뛰어넘은 혁신"이라며 "급속 고온 가열 기술은 담수화뿐 아니라 살균이나 물 수확 등 다양한 분야에서 활용될 수 있다"고 했다.
