태양광 활용해 바닷물 먹는물로 만든다!

태양광을 이용한 초고효율 해수담수화 기술 개발

– 기존 광열 증발기보다 우수한 증발 성능 및 자정 기능으로 해수로부터 장기간 안정적인 식수 생산 실마리 –

태양광을 이용하여 별도의 전처리 과정이나 전문가 도움 없이 간편하게 해수나 염수로부터 많은 양의 식수를 저렴하고 지속적으로 얻을 수 있는 길이 열렸습니다.

이상준 교수(포항공과대학교) 연구팀이 99% 효율의 높은 증발성능을 지속시킬 수 있는 태양광 기반의 해수담수화용 광열 증발기와 이를 이용한 담수화 기술을 개발했다는 소식입니다!

태양광을 이용한 증발 담수 기술은 태양광을 멤브레인에 조사(照射)하여 멤브레인의 광열 반응으로 해수를 증발시킴으로써 식수를 생산해내는 기술인데요. 기존 해수담수화 기술들과 달리, 태양광을 사용하여 외부로부터 전기나 열에너지 공급이 없고 이산화탄소가 발생하지 않아 경제적이고 환경친화적입니다.

※ 해수담수화
해수로부터 염분을 포함한 용해물질을 제거하여 식수 및 생활용수를 얻어내는 수처리 과정

※ 광열 증발기
빛에너지를 열에너지로 변화시켜 물을 증발시키는 장치

※ 증발 담수
해수나 염수를 증발시켜 얻은 증기를 응축시켜 식수로 회수하는 수처리 공정

기존 태양광 기반의 증발식 담수화 기술들은 증발효율이 낮아 식수 생산량이 많지 않고 해수 증발시 멤브레인 표면에 소금 결정들이 생성되고 시간 경과에 따라 멤브레인이 점점 막힐 수 있어 증발 성능을 지속적으로 유지할 수 없었습니다.

이에 연구팀은 저렴한 각설탕으로 만든 다공성 실리콘 구조로, 역대 최고 증발효율과 자정기능을 가진 증발용 광열 멤브레인을 개발하고, 이를 통해 태양광을 이용하여 해수나 염수로부터 장기간 안정적이고 많은 양의 식수를 생산해 낼 수 있는 성능을 확인했습니다. 광열 멤브레인의 초친수성 및 열 국부화(heat localization) 특성을 이용하여 99% 증발 효율을 얻었으며 다공성 매질 내부 유동 활성화 기술을 도입하여 멤브레인에 자정(self-cleaning) 기능을 탑재하여 장기간 안정적인 식수 생산을 가능하게 하였습니다.

※ 초친수성(superhydrophilicity)
물 분자와 쉽게 결합, 물에 대한 친화도가 매우 높은 성질

※ 열 국부화(heat localization)
열이 외부로 전달되지 않고 열 발생 지역에 한정되는 현상.
즉, 광열 멤브레인에서 발생된 열이 외부로 열전달되지 않고 표면 가열에만 활용되어 표면온도를 급속도로 높힐 수 있다.

개발된 멤브레인을 해수에 띄워 태양광을 조사하여 해수를 99.997%의 매우 높은 효율로 담수화하였으며, 담수된 물은 WHO와 EPA의 식수 기준을 만족시켰습니다. 또한 태양광 기반 담수화 장치를 건물 옥상에 설치하고 3개월간 실험한 결과, 매일 30 liter/m2의 매우 높은 담수 생산능력을 보였습니다.

[출처] 한국연구재단 홈페이지 및 기초공감 블로그