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이웃집과학자

햇빛으로 먹는 물 만든다

By 이웃집과학자

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한국과학기술연구원(KIST) 물자원순환연구센터 송경근 박사와 광전소재연구단 최원준 박사 공동연구팀은 신재생에너지인 태양열을 이용해 바닷물이나 하수로부터 먹는 물을 생산할 수 있는 고효율 태양열 막증류 기술을 개발했습니다. 해당 연구는 수자원 분야 국제 저널인 <Desalination>에 게재됐습니다.

KIST 연구진이 개발한 Ti/MgF2 태양열 흡수체가 적용된 태양열 막증류 기술의 작동원리를 보여주는 개요도.

출처KIST
막증류 기술이 핵심

막증류 기술은 바닷물로부터 먹는 물을 만드는 담수화 기술의 하나로 바닷물을 가열해 수증기만 통과할 수 있는 수성 분리막으로 통과시켜 바닷물과 분리해 모은 후 응축해 먹는 물을 생산하는 기술입니다. 참고로 소수성 분리막이란 물과의 친화력이 낮아 물은 통과할 수 없으며 수증기는 통과해 막증류에 쓰이는 분리막을 말합니다. 기존의 증발법에 비해 낮은 온도에서 구동이 가능해 에너지 사용량을 줄일 수 있어 차세대 담수화 기술로 각광받고 있습니다. 특히 신재생에너지인 태양열을 열원으로 이용하는 태양열 막증류 기술은 화석연료 사용을 줄여 지구온난화를 방지할 수 있습니다. 

태양열 막증류 기술에서 가장 중요한 부분이 태양열을 모아 물을 가열하는 역할을 하는 태양열 흡수체입니다. 기존 상용화된 태양열 흡수체는 태양열 흡수 성능이 낮아 태양열 조건이 좋은 일부지역에서만 적용이 가능하며 이 경우에도 태양열 흡수에 필요한 흡수체의 면적이 매우 넓어야하는 단점이 존재했습니다.


Ti/MgF2 태양열 흡수체 제조 과정 요약.

출처KIST

KIST 연구진은 티타늄(Ti) 금속과 불화마그네슘(MgF2)을 이용한 새로운 태양열 흡수체를 적용해 물 생산량을 획기적으로 늘릴 수 있는 고효율 태양열 막증류 기술을 개발했습니다. 개발된 태양열 흡수체는 태양에너지의 대부분 영역인 0.3∼2.5μm 파장의 태양에너지를 85% 이상 흡수하고 물 온도를 80°C 이상으로 가열할 수 있는 성능을 가지고 있으며 개발된 흡수체를 태양열 막증류에 적용한 결과 9월 맑은 날 기준 10시간 동안 4.78L/m2 의 먹는 물을 생산할 수 있었습니다. 이는 기존의 상용화된 태양열 흡수체에 비하여 2배 이상 물을 생산해낼 수 있는 높은 성능입니다.


새로운 태양열 흡수체는 티타늄(Ti) 금속과 불화마그네슘(MgF2)을 전자 빔을 이용해 수십nm 두께의 박막으로 증착하는 간단한 방법으로 제조가 가능하며 우수한 태양열 흡수성능을 가지고 있어 태양열 막증류 뿐만 아니라 태양열 보일러 등에도 적용이 가능할 것으로 보입니다.

개발된 태양열 막증류 기술은 태양열을 열원으로 사용하기 때문에 에너지 인프라가 없는 고립지역에 적용할 수 있어 먹는 물이 부족한 해외 저개발국 및 국내 도서지역 또는 오지에 먹는 물을 공급하는 시설로 적용할 수 있으며 해외 파병지역 또는 야전군 주둔지에 먹는 물을 공급하는 군사용 시설로도 적용할 수 있을 것으로 기대됩니다.


송경근 박사.

출처KIST

KIST 송경근 박사는 "본 연구는 수처리 기술에 소재 기술을 접목하여 혁신적인 성과를 창출한 융합연구의 성공적인 사례로 큰 의미가 있다"라며 "앞으로도 지속적인 융합연구를 통해 최첨단 소재기술을 적용한 수처리 기술 개발에 매진할 계획이다"라고 말했습니다.


##참고자료##

  • Shin, Jaewon, et al. "Enhanced performance of a direct contact membrane distillation (DCMD) system with a Ti/MgF2 solar absorber under actual weather environments." Desalination 491 (2020): 114580. 


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