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Title [한국연구재단] (우수성과) 태양광을 이용한 초고효율 해수담수화 기술 개발

태양광을 이용한 초고효율 해수담수화 기술 개발 기존 광열 증발기보다 우수한 증발 성능 및 자정 기능으로 해수로부터 장기간 안정적인 식수 생산 실마리

□ 태양광을 이용하여 별도의 전처리 과정이나 전문가 도움 없이 간편하게 해수나 염수로부터 많은 양의 식수를 저렴하고 지속적으로 얻을 수 있는 길이 열렸다.

○ 한국연구재단(이사장 노정혜)은 이상준 교수(포항공과대학교) 연구팀이 99% 효율의 높은 증발성능을 지속시킬 수 있는 태양광 기반의 해수담수화용 광열 증발기와 이를 이용한 담수화 기술을 개발했다고 밝혔다. ※ 해수담수화 : 해수로부터 염분을 포함한 용해물질을 제거하여 식수 및 생활용수를 얻어내는 수처리 과정 ※ 광열 증발기 : 빛에너지를 열에너지로 변화시켜 물을 증발시키는 장치

□ 태양광을 이용한 증발 담수 기술은 태양광을 멤브레인에 조사(照射)하여 멤브레인의 광열 반응으로 해수를 증발시킴으로써 식수를 생산해내는 기술이다.

○ 기존 해수담수화 기술들과 달리, 태양광을 사용하여 외부로부터 전기나 열에너지 공급이 없고 이산화탄소가 발생하지 않아 경제적이고 환경친화적이다. ※ 증발 담수: 해수나 염수를 증발시켜 얻은 증기를 응축시켜 식수로 회수하는 수처리 공정

□ 기존 태양광 기반의 증발식 담수화 기술들은 증발효율이 낮아 식수 생산량이 많지 않고 해수 증발시 멤브레인 표면에 소금 결정들이 생성되고 시간 경과에 따라 멤브레인이 점점 막힐 수 있어 증발 성능을 지속적으로 유지할 수 없다.

□ 이에 연구팀은 저렴한 각설탕으로 만든 다공성 실리콘 구조로, 역대 최고 증발효율과 자정기능을 가진 증발용 광열 멤브레인을 개발하고, 이를 통해 태양광을 이용하여 해수나 염수로부터 장기간 안정적이고 많은 양의 식수를 생산해 낼 수 있는 성능을 확인했다.

○ 광열 멤브레인의 초친수성 및 열 국부화 (heat localization) 특성을 이용하여 99% 증발 효율을 얻었다. 또한, 다공성 매질 내부 유동 활성화 기술을 도입하여 멤브레인에 자정(self-cleaning) 기능을 탑재하여 장기간 안정적인 식수 생산을 가능하게 하였다. ※ 초친수성(superhydrophilicity) : 물 분자와 쉽게 결합, 물에 대한 친화도가 매우 높은 성질 ※ 열 국부화(heat localization) : 열이 외부로 전달되지 않고 열 발생 지역에 한정되는 현상. 즉, 광열 멤브레인에서 발생된 열이 외부로 열전달되지 않고 표면 가열에만 활용되어 표면온도를 급속도로 높힐 수 있다.

□ 개발된 멤브레인을 해수에 띄워 태양광을 조사하여 해수를 99.997%의 매우 높은 효율로 담수화하였으며, 담수된 물은 WHO와 EPA의 식수 기준을 만족시켰다.

○ 태양광 기반 담수화 장치를 건물 옥상에 설치하고 3개월간 실험한 결과, 매일 30 liter/m2의 매우 높은 담수 생산능력을 보였다.

□ 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 중견연구지원사업과 자연모사혁신기술개발사업 지원으로 수행되었으며, 에너지 분야 국제학술지인 나노에너지(Nano Energy) 7월 28일에 게재되었다.
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국내 기술동향
Category Tech trends(Korea)
Source 한국연구재단
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