기본 콘텐츠로 건너뛰기

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 

댓글

이 블로그의 인기 게시물

100 테슬라급 자기장 도달

 미국의 로스 알라모스 국립 연구소 (Los Alamos National Laboratory) 에서 과학자들이 지금까지 인간이 개발한 가장 강력한 자기장을 발생시키는 장치 개발에 도전하고 있습니다. 자기장의 세기를 나타내는 방법으로 자기력선의 밀도를 나타내기 위해 단위 면적당 자기력선의 수를 표시하는 단위인 테슬라 (T) 가 있습니다. (1T = 1Wb/㎡  웨버 (Wb) 는 자속의 단위)   의료용으로 사용되는 초전도체를 이용한 MRI 의 경우 1.5 - 3 테슬라급의 강력한 자기장으로 인체 내부를 볼 수 있게 만들지만 과학 연구용으로 이보다 더 강력한 자기장이 필요할 수 있습니다. 최근에 등장한 90 테슬라급 자기장에 이어 이번에 로스 알라모스 국립 연구소에서는 100 테슬라급인 100.75 T 를 실현 했다고 합니다.   이를 구현한 것은 18000 파운드 (8.16 톤 정도) 의 코일과 여기에 에너지를 공급할 1200 메가줄 (Megajoule) 급 모터 제네레이터등의 설비입니다.  (   The 1,200-megajoule motor generator that powers the magnetic pulse.  )  이와 같은 연구를 통해 알아내고자 하는 것은  Quantum Phase transitions and new ultra high field magnetic states Electronic Structure determination Topologically protected states of matter  로 요약할 수 있다고 합니다.   아무튼 수 T 급 MRI 만 해도 자기장의 힘이 엄청난데 100 T 라니 엄청난 자기장이네요. 이는 지구 자기장 세기보다 200만배 강력한 (물론 좁은 범위에서 작용하는 자기장이라 지구 전체...

고대 양서류 이야기 (2) - 악어를 닮은 거대 양서류들

  페름기에는 다양한 양막류가 진화해서 앞서 소개한 육상형 템노스폰딜리는 점차 설 자리를 잃게 됩니다. 하지만 양서류는 본래 자신의 서식지인 물과 습지에서 여전히 번성을 누렸습니다. 당시에는 악어류 같은 대형 양서형 파충류도 없던 시절이었기 때문에 이와 비슷한 생태학적 지위는 여전히 양서류의 몫이었습니다. 이들에 대한 이야기는 제 책인 포식자에서 비교적 간단히 다뤘는데, 오늘은 여기에 대한 보충 설명입니다.  책 정보:  http://book.naver.com/bookdb/book_detail.nhn?bid=13347200 Yes 24:  http://www.yes24.com/24/goods/58772859 11번가:  http://books.11st.co.kr/product/SellerProductDetail.tmall?method=getSellerProductDetail&prdNo=1977867160 알라딘:  http://www.aladin.co.kr/shop/wproduct.aspx?ItemId=134877825 교보문고:  http://www.kyobobook.co.kr/product/detailViewKor.laf?ejkGb=KOR&mallGb=KOR&barcode=9788970447988&orderClick=LAG&Kc= 인터파크 :  http://book.interpark.com/product/BookDisplay.do?_method=detail&sc.prdNo=279593764&sc.saNo=003002003&bid1=search_auto&bid2=detail&bid3=prd_img&bid4=001 영풍문고:  http://www.ypbooks.co.kr/book.yp?bookcd=100843205&gubun=NV ...

이빨이 다시 진화한 개구리

  ( CT scans of Gastrotheca guentheri skulls revealed what appeared to be identical rows of teeth on both the upper and lower jaws, which researchers later confirmed through dissection. Credit: Florida Museum/Daniel Paluh )  개구리는 2억년 전 진화 과정에서 이빨을 잃어버리고 큰 턱과 혀를 이용해 곤충 같은 작은 먹이를 잡아 먹는 방향으로 진화했습니다. 파충류나 포유류 같은 다른 사지류와의 경쟁에서 밀려 양서류가 쇠퇴하고 멸종하던 시기에도 개구리는 여전히 생존할 수 있었던 비결입니다.   이빨이 없는 덕분에 큰 혀를 발사하기 편해졌을지는 모르지만, 이빨이 없으면 종종 불편할 때가 있습니다. 씹는 대신 삼키기 때문에 음식을 씹을 수 없다는 점은 문제되지 않지만, 필사적으로 달아나려는 먹이를 잡기 힘들기 때문입니다. 이런 이유 때문에 일부 개구리는 이빨 같이 보이는 엄니 (fang)을 지니고 있으나 이는 사라진 이빨이 다시 난 것이 아니라 다른 부분이 진화한 것입니다.   이는 돌로의 법칙 ( Dollo's Law )으로 알려져 있습니다. 진화 과정에서 퇴화한 부분이 다시 생겨나지 않으며 대신 필요하면 다른 부분이 진화해 그 역할을 대신한다는 것입니다. 예를 들어 아가미가 사라진 사지 동물은 다시 물에 들어온다고 해도 아가미가 다시 생기진 않습니다. 대신 고래처럼 폐가 커져서 그 기능을 대신하게 됩니다.   하지만 모든 법칙엔 예외가 있기 마련입니다. 남미에서 발견된 멸종 위기 개구리 중 하나인 구엔터 유대류 개구리 ( Gastrotheca guentheri, Guenther's marsupial frog, dentate marsupial frog)는 완전한 형태의 이빨을 지니고 있습니다. 참고로 유대류 개구리라는 명칭은...