"태양광 이용한 초고효율 해수담수화 기술 개발" 포항공대 이상준 교수팀 논문, SCI급 저명 국제학술지 등재
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"태양광 이용한 초고효율 해수담수화 기술 개발" 포항공대 이상준 교수팀 논문, SCI급 저명 국제학술지 등재
  • 정 현 기자
  • 승인 2020.07.31 23:11
  • 댓글 0
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국제학술지 'Nano Energy' 7월 28일자 게재

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

한국연구재단(이사장 노정혜)은 30일, 포항공과대학교 이상준 교수 연구팀이 99% 효율의 높은 증발성능을 지속시킬 수 있는 태양광 기반의 해수담수화용 광열 증발기와 이를 이용한 담수화 기술을 개발했다고 밝혔다. 광열 증발기란 빛에너지를 열에너지로 변화시켜 물을 증발시키는 장치를 말한다.   

이번 연구결과를 담은 논문은 에너지 분야 SCI급 저명 국제학술지인 '나노에너지(Nano Energy, IF=15.548)' 7월 28일자에 게재됐다.

논문명은 'Macroporous photothermal bilayer evaporator for highly efficient and self-cleaning solar desalination'이다.

태양광 기반의 광열증발기를 이용한 해수담수화 시스템 / 자료이미지=한국연구재단
태양광 기반의 광열증발기를 이용한 해수담수화 시스템 / 자료이미지=한국연구재단

태양광을 이용한 증발 담수 기술은 태양광을 멤브레인에 조사(照射)하여 멤브레인의 광열 반응으로 해수를 증발시킴으로써 식수를 생산해내는 기술이다. 

이번에 개발한 기술은 기존 해수담수화 기술들과 달리, 태양광을 사용하여 외부로부터 전기나 열에너지 공급이 없고 이산화탄소가 발생하지 않아 경제적이고 환경친화적이다.

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 없다. 

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 확인했다. 

광열 멤브레인의 초친수성 및 열 국부화 (heat localization) 특성을 이용하여 99% 증발 효율을 얻었다. 또, 다공성 매질 내부 유동 활성화 기술을 도입하여 멤브레인에 자정(self-cleaning) 기능을 탑재하여 장기간 안정적인 식수 생산을 가능하게 했다.  

초친수성(superhydrophilicity)이라함은 물 분자와 쉽게 결합해, 물에 대한 친화도가 매우 높은 성질을 말하며, 열 국부화(heat localization)란 열이 외부로 전달되지 않고 열 발생 지역에 한정되는 현상을 말한다. 즉, 광열 멤브레인에서 발생된 열이 외부로 열전달되지 않고 표면 가열에만 활용되어 표면온도를 급속도로 높힐 수 있다.

이상준 교수 / 사진=한국연구재단
이상준 교수 / 사진=한국연구재단

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

연구팀의 이상준 교수는 "이번에 개발한 증발용 멤브레인 기술은 물 산업 시장에서 기술 선점을 통해 부가가치를 창출할 수 있을 것이며, 기존의 담수화 기술들이 가지고 있는 문제점들을 해결하는 데도 도움이 될 것"이라고 말했다. 이어 "대형 설비를 설치하기 어려운 섬이나 오지 마을 등에 유용하게 활용될 수 있는 담수화 기술로 발전하길 기대한다"고 말했다.

이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 중견연구지원사업과 자연모사혁신기술개발사업 지원으로 수행됐다.


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