POSTECH 연구팀, 혁신적인 바닷물 담수화 기술 개발

포항공과대학교(POSTECH) 연구진이 바닷물을 기존보다 400배 빠른 속도로 증발시켜 식수로 변환하는 혁신적인 기술을 세계 최초로 개발했습니다.

이 기술은 날씨나 시간대에 관계없이 안정적으로 작동할 수 있어 전 세계 물 부족 문제 해결에 새로운 전환점을 제시할 것으로 기대됩니다.

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POSTECH 기계공학과 이상준 교수와 미래기계기술 프론티어 리더 양성 교육연구단 히긴스 윌슨(Higgins Wilson) 박사 연구팀은 14일 이같은 연구 성과를 발표했습니다.

연구 결과는 국제학술지 '커뮤니케이션즈 엔지니어링(Communications Engineering)'에 게재되었습니다.

이상준 교수는 "지구 표면의 70%가 바다임에도 불구하고 마실 수 있는 담수는 전체의 2.5%에 불과한 상황"이라며 "바닷물을 식수로 바꾸는 담수화 기술이야말로 인류가 직면한 핵심 과제"라고 강조했습니다.

기존 기술의 한계를 극복한 혁신적 접근법

연구팀이 개발한 기술의 핵심은 기존의 태양열 활용 계면증발(ISG) 기술과 전기 가열 방식을 결합한 것입니다.

기존 ISG 기술은 물-공기 계면의 물 분자만을 가열하는 특성으로 우수한 증발 성능을 보였지만, 날씨와 낮·밤 변화에 따라 성능이 크게 달라지는 문제점이 있었습니다.

이상준 교수는 "ISG 기술에 3V 또는 5V 이하의 전기를 이용한 줄(Joule) 가열 방식을 결합했다"며 "강열 증발과 전열 증발 방식을 합친 결과 수십초 내에 물온도가 100도까지 올라갔다"고 설명했습니다.

특히 이 방식은 ISG로 물 분자를 분해하기 때문에 40도 정도의 낮은 온도에서도 물이 순식간에 증발하는 특징을 보입니다.

연구팀은 이를 구현하기 위해 구멍이 촘촘한 수세미 구조의 '유리질 탄소 스펀지(glassy carbon foam)'에 '티올(thiol)' 화학물질을 코팅했습니다.

이를 통해 물 흡수력은 높이고 전기저항은 약 0.75Ω(옴)까지 낮춰 전기가 원활하게 흐르도록 했습니다.

세계 최고 수준의 증발 성능 달성

실험 결과, 순수한 물을 증발시키는 과정에서 증발기 표면 온도는 빠르게 물의 비등점에 가까운 약 98°C에 도달했습니다. 수분 증발량은 시간당 205kg/㎡를 기록했으며, 이는 200L의 물을 1시간에 완전히 증발시킬 수 있는 수준입니다.

이상준 교수는 "이 증발률은 기존 세계 최고 기록보다 두 배 이상 높은 수치"라고 밝혔습니다.

다만 소금물 3.5% 농도에서는 증발 표면에 염이 석출되어 증발 속도가 다소 느려져 시간당 18kg/㎡를 처리하는 성능을 보였습니다.

연구팀은 현재 이 문제 해결을 위한 추가 연구를 진행하고 있다고 덧붙였습니다.

연구팀은 이 기술이 빠른 고온 가열이 가능해 살균 효과는 물론 공기 중 수증기를 포집하여 식수로 전환하는 기술에도 즉각 응용할 수 있다고 설명했습니다.