역발상 태양열 증류기로 공기중 수증기를 물로 바꾼다?

(The pilot version of the condenser system, which cools the inside to help water condense and collect. Credit: ETH Zurich / Iwan Hächler)

(A diagram of the new water condenser design/. Credit: Haechler I et al. Science Advances 2021)

사막이나 건조 지대, 혹은 그렇지 않더라도 식수를 구하기 힘든 지역에서 공기 중 수증기를 응결시켜 깨끗한 물을 구할 수 있는 시스템을 개발하기 위한 연구가 활발합니다. 앞서 소개한 것처럼 MOFs를 이용해 태양열 혹은 에너지 없이 물을 응결시키는 시스템 개발은 어느 정도 진행된 상태입니다.

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스위스 취리히 연방공과대학 (ETH Zurich)의 과학자들은 독특한 역발상 태양열 증류기를 이용해서 추가적인 에너지 없이 단순한 구조로 수증기를 물로 응결시키는 방법을 개발했습니다. 연구팀의 개념이 독특한 부분은 태양열을 모으는 대신 반사시켜 물을 응결시킨다는 점입니다.

이 시스템은 태양빛을 반시시키는 폴리머와 은 (silver) 코팅을 이용해서 태양 에너지를 우주로 반사시킵니다. 그 결과 아래 있는 극소수성(superhydrophobic) 코팅 소재 표면 온도는 섭씨 15도까지 낮아집니다. 주변에 비해 낮은 온도 때문에 응결된 물은 아래 고이게 됩니다. 이 시스템의 장점은 온도 차이를 이용하기 때문에 일정 습도만 보장되면 어떤 환경에서도 물을 얻을 수 있다는 것입니다. 극도로 단순한 구조 덕분에 별다른 유지 보수도 필요 없고 추가적인 에너지 투입도 없습니다.

연구팀에 따르면 10cm 크기의 파일럿 시스템으로 얻을 수 있는 물은 하루 4.6ml 정도지만 1x1m 크기 시스템이면 하루 1.3리터의 물을 얻을 수 있습니다. 이는 MOFs 시스템보다 낮은 수치이나 코팅 소재만 저렴하다면 MOFs보다 훨씬 저렴하고 관리도 쉬워 더 경제적일 수 있습니다. 다만 경제성이나 내구성 등은 앞으로 더 검증이 필요합니다.

개인적인 생각은 원리상 수증기 응결 뿐 아니라 건물이나 데이터 센터 냉각 등 여러 분야에 응용될 수 있을 것 같다는 것입니다. 과연 상용화될 수 있을지 궁금합니다.

참고

https://newatlas.com/science/passive-drinking-water-harvester/

https://advances.sciencemag.org/content/7/26/eabf3978

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