햇빛으로 식수 만든다…물 생산량 2배 늘린 기술 개발

[아이뉴스24 최상국 기자] 식수가 부족한 곳에서 태양열을 이용해 높은 효율로 물을 생산할 수 있는 기술이 개발됐다.

한국과학기술연구원(KIST) 물자원순환연구센터 송경근 박사와 광전소재연구단 최원준 박사 공동연구팀은 태양열을 이용해 바닷물이나 하수로부터 먹는 물을 생산할 수 있는 고효율 태양열 막증류 기술을 개발했다고 2일 밝혔다.

막증류 기술은 해수 담수화 기술의 하나로, 바닷물을 가열해 소수성 분리막으로 수증기만 통과시켜 먹는 물을 생산하는 기술이다. 특히 태양열을 열원으로 이용하는 태양열 막증류 기술은 기존의 담수화 기술이 필요로 하는 큰 에너지 소모를 줄이고 화석연료 사용을 피해 친환경적으로 물을 생산할 수 있다.

태양열 막증류 기술에서 가장 중요한 부분은 태양열을 모아 물을 가열하는 역할을 하는 태양열 흡수체다. KIST 연구진은 기존의 상용화된 태양열 흡수체에 비해 태양열 조건이 열악한 곳에서도 사용할 수 있으며 단위면적당 물 생산량도 획기적으로 늘릴 수 있는 태양열 흡수체를 개발했다.

연구팀이 개발한 태양열 흡수체는 티타늄(Ti) 금속과 불화마그네슘(MgF2)을 전자 빔을 이용해 수십 나노미터 두께의 박막으로 증착하는 방법으로 만들었다.

개발된 태양열 흡수체는 태양에너지의 대부분 영역인 0.3∼2.5μm 파장 대에서 태양에너지를 85% 이상 흡수하고, 물 온도를 80°C 이상으로 가열할 수 있다.

개발된 흡수체를 태양열 막증류에 적용한 결과, 9월 맑은 날을 기준으로 10시간 동안 1제곱미터 면적에서 4.78리터의 먹는 물을 생산할 수 있었다. 이는 기존의 상용화된 태양열 흡수체에 비해 2배 이상 더 많은 물을 생산할 수 있는 성능이다.

태양열 막증류 기술은 태양열을 에너지로 사용하기 때문에 에너지 인프라가 없는 고립지역에서 식수 부족 문제를 해결할 수 있다. 물이 부족한 해외 저개발국이나 국내 도서지역 또는 오지에 먹는 물을 공급하는 시설로 적용할 수 있으며, 군사용으로도 활용할 수 있다.

연구진은 특히 이번에 개발한 태양열 흡수체의 우수한 성능으로 태양열 막증류 뿐만 아니라 태양열 보일러 등에도 적용이 가능할 것으로 보고 있다. KIST 송경근 박사는 “수처리 기술에 소재 기술을 접목한 융합연구로 태양열 흡수특성이 우수한 고효율의 태양열 흡수체를 간단한 방법으로 제조하는 기술을 개발했다. 앞으로도 지속적인 융합연구를 통해 최첨단 소재기술을 적용한 수처리 기술 개발에 매진할 계획”이라고 말했다.

이 연구는 국토교통부의 국토교통기술촉진연구사업 등으로 수행됐으며, 연구결과는 수자원 분야 국제 저널인 ‘담수화(Desalination)’ 최신호에 게재됐다.

◇논문명: Enhanced performance of a direct contact membrane distillation (DCMD) system with a Ti/MgF2 solar absorber under actual weather environments

◇저자: 신재원 KIST 박사과정, 이혜진 KIST 박사(이상 제1저자), 송경근 KIST 책임연구원, 최원준 KIST 책임연구원(이상 교신저자)