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2018년 6월 14일 목요일

건조한 사막에서 물을 채취하는 신소재



(The crystal structure of the newest, aluminum-based metal-organic framework, MOF-303, which captures twice as much water as the earlier MOF used in the water harvester. Credit: Yaghi lab, UC Berkeley)


 물은 생존을 위해 가장 필수적인 자원입니다. 단순히 마시는 식수는 물론이고 농업 용수와 생활 용수, 공업 용수까지 우리의 삶을 뒷받침하는 기본 자원이라고 할 수 있습니다. 하지만 많은 국가에서 급격히 증가하는 수자원 수요를 따라가지 못하는 경우가 늘어나고 있습니다. 따라서 지하수 개발이나 저수지 건설 외에도 해수 담수화 같이 본래 마실 수 없는 물을 담수로 변환하는 플랜트가 늘어나고 있습니다.


 바다와 멀리 떨어진 건조 지대에서 담수를 확보하려는 다른 노력 중 하나는 대기 중의 수증기를 응결시켜 물로 바꾸는 기술입니다. 건조한 지역에서조차 상당량의 물이 대기 중에 존재하기 때문입니다. 문제는 건조한 지역에서 낮은 농도의 수증기를 에너지 효율적으로 응결시키는 것입니다. 앞서 소개한 UC 버클리의 Omar Yaghi 교수가 이끄는 연구팀은 실제 애리조나주의 사막에서 이들이 개발한 금속 유기구조체 MOFs (metal-organic framework)를 실제로 테스트 했습니다. 




 소규모의 필드 테스트에서 연구팀의 지르코늄 기반의 MOF-801는 킬로그램 당 200밀리리터의 물을 응결시켰습니다. 하지만 대량으로 물을 얻기에는 지르코늄은 너무 비싼 소재입니다. 연구팀은 알루미늄 기반의 MOF-303 이 150배나 저렴하면서 킬로그램 당 하루 400ml의 물을 응결시킬 것으로 기대하고 있습니다. 




(동영상)


 MOFs는 격자 속 구조안에 물 분자를 끌어들여 액체 상태의 물로 만드는 것이 기본적인 원리입니다. 미세한 파우더 같은 MOFs 소재를 이용해 공기를 걸러 물을 뽑아내는 것이죠. 대량으로 물을 걸러내지 못하더라도 식수와 생활 용수 정도만 얻어낼 수 있다면 건조 기후 지대에서 상당히 유용한 기술이 될 수 있을 것입니다. 


 참고 


F. Fathieh el al., "Practical water production from desert air," Science Advances (2018). DOI: 10.1126/sciadv.aat3198 , advances.sciencemag.org/content/4/6/eaat3198 

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