태양광 기술을 사용하여 바닷물을 담수로 바꾼다

워털루 대학(University of Waterloo)의 연구원들은 태양열을 활용하여 바닷물을 마실 수 있는 물로 변환하는 혁신적이고 에너지 효율적인 담수화 장치를 개발했다. 이 장치는 나무가 물을 운반하는 방식에서 영감을 받은 자연 증발 과정을 활용하여 지속 가능한 담수 공급원을 제공한다.

담수화는 인구 증가와 물 소비 증가로 인한 물 부족에 대한 우려가 커지고 있는 해안 및 섬 국가에서 점점 더 중요해지고 있다. 2024년 유엔 세계수자원개발보고서(World Water Development Report 2024)에 따르면 전 세계적으로 약 22억 명의 사람들이 깨끗한 물을 이용하지 못하고 있으며, 이는 담수를 생산하기 위한 새로운 기술의 시급한 필요성을 강조한다.

기존의 담수화 시스템은 에너지 집약적인 멤브레인 여과에 의존하는데, 이는 물의 흐름을 방해하고 빈번한 유지 보수가 필요한 염분 축적이 발생하기 쉽다. 워털루에서 새롭게 설계된 시스템은 나무가 뿌리에서 잎으로 물을 이동시키는 방식을 모방하여 자연에서 영감을 얻어 이러한 문제를 해결한다.

"우리의 영감은 자연이 어떻게 스스로를 지탱하는지, 그리고 물이 환경에서 증발하고 응축되는 방식을 관찰하는 데서 비롯됩니다"라고 워털루 대학교 화학공학과 교수인 마이클 탐 박사는 말했다. "우리가 설계한 시스템은 물이 증발하도록 유도하고, 표면으로 운반하고, 폐쇄 사이클로 응축시켜 장치의 효율성을 떨어뜨리는 염분 축적을 효과적으로 방지합니다."

태양 에너지로 구동되는 이 장치는 태양 에너지의 약 93%를 사용 가능한 전력으로 변환하여 현재 담수화 기술보다 5배 더 효율적이다. 이 장치는 평방 미터당 약 20리터의 담수를 생산할 수 있어 기본적인 음용 및 위생 요구 사항에 대한 세계 보건 기구의 일일 권장 사항을 충족한다.

박사 과정 학생인 Eva Wang과 Weinan Zhao를 포함한 워털루 팀은 전도성 폴리머와 열반응성 꽃가루 입자로 코팅된 니켈 폼으로 장치를 제작했다. 이 물질은 태양 스펙트럼을 가로질러 햇빛을 흡수하여 열로 변환한다. 폴리머 전체에 얇은 층으로 분포된 물은 물이 나무 모세관을 통해 이동하는 것과 유사한 방식으로 시스템을 통해 가열되고 상승한다. 물이 증발함에 따라 남은 염분은 바닥층으로 향하여 막힘을 방지하고 효율성을 유지한다.

워털루 대학교 화학공학과 교수이기도 한 Yuning Li 박사는 태양열 테스터를 사용하여 장치의 광 수확 효율을 측정하여 이 프로젝트에 기여했다.

"이 새로운 장치는 효율적일 뿐만 아니라 휴대가 간편하여 담수에 대한 접근이 제한된 외딴 지역에서 사용하기에 이상적입니다"라고 Li는 말했다. "이 기술은 새로운 물 위기에 대한 지속 가능한 솔루션을 제공합니다."

다음으로, 팀은 더 큰 규모로 장치의 성능을 평가하기 위해 해상에서 테스트할 수 있는 프로토타입을 개발할 계획이다. 탐 박사는 "이 실험이 성공적이라는 것이 입증되면 이 기술은 해안 지역 사회에 담수를 지속 가능하게 공급하고 UN의 지속 가능한 개발 목표 3, 6, 10, 12를 진전시킬 수 있다"고 말했다.