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남호주대 연구소, 햇빛 이용 안전 식수 생산 공정 개발

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남호주대 연구소, 햇빛 이용 안전 식수 생산 공정 개발

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남호주대 미래산업연구소가 개발한 새로운 광열 구조.
물은 모든 생명체에 필수적이지만 전 세계 약 11억 명이 1년 중 적어도 한 달 동안은 물을 구할 수 없다. 또 약 27억 명이 물 부족에 노출되어 있다고 세계자연보전연맹은 지적했다.

특히 물 부족에 의해 초래된 부적절한 위생 상태는 24억 명이 콜레라나 장티푸스 같은 질병에 취약하게 만든다. 이런 가운데 햇빛만을 사용해 깨끗하고 안전한 식수와 목욕물까지 생산하는 방법을 개발한 연구진이 있어 주목을 끈다.

남호주대(UniSA) 미래산업연구소 연구진은 저비용으로 지속 가능한 물질과 햇빛을 이용해 취약 계층에게 안전한 식수를 공급할 수 있는 유망한 새로운 공정을 개발했다.

할란 쉬 교수팀은 태양 증발을 통해 염분이 있는 바닷물 또는 오염된 물에서 신선한 물을 추출하는 기술을 연구했다. 1평방미터의 수원지에서 4인 가족이 마실 수 있는 충분한 양의 신선한 물을 공급하는 기술을 개발하기 위해 매진해 왔다.

쉬 교수는 난징 공과대학에서 2003년에 재료 과학 및 공학 학사 학위를 취득한 후 2008년 중국 과학아카데미 상하이 도자기 연구소에서 교수로 취임했다. 그는 알렉산더 폰 훔볼트 펠로우십(2008)의 수혜자였다. 그는 2009년부터 2010년까지 독일 포츠담 콜로이드 및 인터페이스 연구소에서 공부했다. 그의 연구 관심사는 태양 열 에너지 변환과 응용 프로그램이다.
그가 연구하는 태양 증발은 지구상에서 가장 풍부한 두 가지 자원인 태양 에너지와 물을 결합하는 기술이다. 오염수 정화, 해수 담수화, 전기 발전, 증기 살균, 연료 생산 등 다양한 응용 분야를 가능하게 한다.

쉬 교수는 "최근 몇 년 동안 신선한 식수를 만들기 위해 태양 증발을 사용하는 것에 많은 관심이 있었지만, 이전의 기술은 너무 비효율적이어서 실질적으로 유용하지 못했다"고 지적하고 "이번에 발명한 기술은 수원 표면에 내리쬐는 햇빛을 열로 변환하는 효율적인 광열 구조를 활용해 액체의 가장 윗부분을 빠르게 증발시켜 정화한다"고 소개했다.

기존 기술은 열이 원천수로 전달되어 공기 중으로 발산되는 등 10~20% 에너지 손실로 인해 방해를 받았다. 그러나 쉬 교수는 이 같은 문제를 해결하고 태양열 입력 시 100% 효율로 시스템을 작동시켜 물과 환경에서 최대 170%의 에너지를 추가로 끌어낸다.

다른 연구자들이 사용한 2차원 구조와는 달리 쉬 교수 연구팀은 3차원 지느러미 모양의 증발기를 개발했다. 이들의 설계는 증발기의 상단 표면(태양 증발 표면)에서 여분의 열을 이동시켜 물 증발을 위해 표면에 열을 분배하고 상단 증발 표면을 냉각시키고 태양 증발 동안 에너지 손실을 제로(0)로 실현한다.

이 열 제거원 기법은 증발기의 모든 표면이 주변 물 및 공기보다 낮은 온도로 유지되므로 추가 에너지가 고에너지 외부 환경에서 저에너지 증발기로 흐르게 된다. 이 기술은 태양 증발 중에 에너지를 추출하여 증발을 위해 사용하는 세계 최초의 연구로 평방미터 당 10에서 20 ℓ의 신선한 물을 배달할 수 있을 만큼 충분히 효율적이다.

효율성에 더해 시스템의 실용성은 사용한 재료가 단지 하드웨어 상점이나 슈퍼마켓에서도 쉽게 구할 수 있어 비용이 저렴하고 지속 가능하다는 점에서 유용하다. 특히 이 시스템은 시공이 쉽고 전개도 용이할 뿐만 아니라 광열 구조의 설계가 증발기 표면에 염분과 기타 오염물질이 쌓이는 것을 방지하므로 유지보수도 용이하다.

식수를 사용하는 것 외에도, 쉬 교수는 현재 그의 팀이 산업 운영에서 폐수를 처리하는 것을 포함한 다양한 다른 기술 사용법을 연구하고 있다고 한다. 만약 발명 성과가 입증되면 전 세계 수십억 명의 삶을 바꿀 수 있을 것으로 기대된다.


박정한 글로벌이코노믹 기자 park@g-enews.com