물부족 시달리는 지구촌 위한 바닷물을 식수로 바꾸는 친환경 기술

DGIST 김성균 교수팀, 식용 해조류와 나무 조직 섬유소에 기반한 태양광 해수 담수화 소재 개발

DGIST(총장 국양) 화학물리학과 김성균 교수팀이 물 부족을 해결할 수 있는 바닷물을 식수로 바꾸는 친환경 기술을 개발했다. 

연구팀은 자연유래 소재인 한천과 나노셀룰로오스로 만들어진 태양광 해수 담수화 소재를 개발했다. 이는 자연 분해가 가능하고 소재 비용이 저렴할 뿐 아니라 사용 후 재생이 가능하고 에너지원으로 태양광을 사용하여 보다 친환경적인 해수 담수화 기술의 가능성을 확인했다. 

DGIST 화학물리학과 임홍섭 석사과정생이 제 1저자로 참여한 이번 연구 결과는 국제 학술지 Desalination에 지난 2월 15일에 게재됐다.
 

▲ 해수를 흡수하여 태양광 에너지를 기반으로 물을 증발시키고 염은 배출하는 소재의 개략도 (사진출처=DGIST)

지구는 표면의 70%가 물에 덮여있는 물이 풍부한 행성이지만 97%가 바닷물로 이루어져 있다. 생명체의 생존 및 음용에 적합한 정도의 물인 담수는 전체 물의 겨우 3%를 차지한다. 담수의 대부분도 지하수나 빙하로 이루어져 실제 활용 가능한 비율은 매우 적다고 할 수 있다. 

또한, 최근 환경 오염과 기후 변화, 인구 문제 등으로 전 세계 인구의 약 2/3이 물 부족 문제를 겪고 있어 생존 및 음용에 적합한 물의 확보가 필요한 실정이다.

물 부족 문제의 최적의 해결방안은 해수 담수화 기술인데, 현재까지 상용화된 담수화 기술은 대형의 설비 구축과 운영에 많은 비용과 에너지가 필요하고 담수화 부산물인 소금 생성도 장기적인 운영에 큰 문제가 된다. 따라서 물 부족 문제가 심각한 저개발국가나 외딴 섬 지역에 적합하지 않다. 

이에 DGIST 화학물리학과 김성균 교수팀은 기존의 해수 담수화 기술보다 훨씬 단순하고, 태양광 외의 추가적인 에너지가 필요 없는 자연 유래 소재 기반 해수 담수화 소재를 개발해 국제학술지 Desalination(IF 9.501)에 보고했다. 

연구진이 개발한 친환경 태양광 해수 담수화 소재는 자연 유래 소재인 한천과 나노셀룰로오스를 기반으로 하여 소재의 환경 문제에서 자유롭다. 특히, 한천은 물 흡수 성능이 뛰어나 소재 내부로 물을 잘 전달해 주면서도 담수화 과정 중 내부에 염이 축적되지 않고 능동적인 염 배출이 이루어짐을 확인했다. 

▲ 사용 후 소재를 회수하여 단순한 가열, 냉각 과정으로 재생할 수 있음을 보여줌 (사진출처=DGIST)

연구진은 개발한 소재의 현장 실험 결과 실제 일사 조건에서 단위 면적(m2)당 일 평균 5.95 kg(일사량에 따라 최대 13.3kg)의 담수 제조가 가능함을 확인했고 9일 간의 테스트 후에도 소재 내․외부의 소금 농도에는 변화가 없었다. 

뿐만 아니라, 자연 유래 소재로 만들어져 사용 후 폐기하면 자연 분해되어 환경 문제에서 자유롭고 회수, 재생 후 재사용도 가능하다. 또한, 4번의 재생 과정에도 효율 저하는 나타나지 않았으며, 소재 단가는 m2 당 $0.27 에 불과하다. 제조 과정도 매우 단순하고 소형 장치로 제작이 가능하여 가구, 마을 단위의 소형 담수화 설비 구현 가능성을 제시했다고 할 수 있다. 

DGIST 화학물리학과 김성균 교수는 “최첨단의 소재 개발도 중요하지만 인간의 일상생활에 반드시 필요하면서도 쉽게 만들고 사용할 수 있는 적정 기술 기반의 소재 개발도 꼭 필요하다.” 라며 “본 연구는 자연계에서 쉽게 얻을 수 있는 매우 저렴한 원료인 한천과 셀룰로오스를 이용하고 간단한 방법으로 제작이 가능한 담수화 소재를 개발하여 저개발 국가나 외딴 섬의 식수 문제를 해결하려고 노력하였다는데 의미가 있다”고 말했다. 

글. 김효정 기자 needhj@naver.com | 사진 및 자료출처=대구경북과학기술원(DGIST)

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