'태양만 있다면' 사막에서도 물 수확...美 버클리大 개발
'태양만 있다면' 사막에서도 물 수확...美 버클리大 개발
  • 이재구 기자
  • 승인 2018.06.16 12:41
  • 댓글 0
이 기사를 공유합니다

사우디아라비아 등과 상품화 공동연구 수행중

[키뉴스 이재구 기자] 조만간 지구상의 메마른 지역에서도 물부족은 과거의 이야기가 될 것 같다. 사막의 태양광 아래서도 물을 수확할 수 있는 장치가 개발됐다.

미국 캘리포니아 버클리대뉴스는 지난 8일(현지시각) 이 대학연구팀이 희박한 공기에서도 태양열만 있으면 물을 빨아들이는 물 수확장치(water harvester)를 개발했다고 보도했다. 

이 장치는 본질적으로 햇빛 이외에는 에너지가 필요없는 단순한 2개의 상자로 구성돼 있으며 매일 밤낮으로 습도 낮은 사막에서 마실 물을 만들어 낼 수 있다.

금속유기 프레임워크(MOF·Metal Organic Framework)로 명명된 이 장치는 물분자를 포착하고 온도가 상승함에 따라 이를 배출한다. 모아진 물들은 즉시 마실 수 있을 정도로 깨끗하다. 연구진은 지난해 10월 밤 상대습도 40% 낮에는 습도 5%에 불과한 미국 애리조나주 스콧데일에서 이 기기를 처음 테스트 했다.

버클리대가 사막같은 메마른 곳에서 물을 수확할 수 있는 장치를 개발했다.(사진=버클리대)
버클리대가 사막같은 메마른 곳에서 물을 수확할 수 있는 장치를 개발했다.(사진=버클리대)

금속 유기 프레임워크(MOF)의 핵심재료는 기본적으로 엄청난 흡수성을 가진 다공성 물질을 포함하는 유기 화합물과 금속으로 구성된다. 1파운드(453g)MOF파우더를 사용해 약 3분의 1컵에 해당하는 물을 거두어 들일 수 있었다고 연구팀은 밝혔다.

이 장치는 습도가 낮은 곳(건조한 곳)에서도 물 분자를 포착한다. 불분자는 용기로 옮겨지는데 여기서 즉각 깨끗한 물이 만들어지며 마실 수도 있다. 이 물 수확장치는 이슬점 이하에서도 물을 모을 수 있다.

이 장치는 기본적으로 두개의 상자로 구성되며 하나의 상자가 다른 상자 안에 들어있는 구조다. 내부 상자 상단에는 MOF 스프레드가 자리하면서 스폰지 같은 역할을 한다. 외부 상자는 온도가 상승함에 따라 배출되는 물을 모은다.

주변 공기가 다공성 MOF를 통해 확산됨에 따라 물 분자들은 우선적으로 상자 내부의 표면에 달라붙는다. X레이 회절연구 결과 이 물 수증기 분자가 흔히 8개로 모여 입방체를 형성하는 것으로 나타났다.

상자 내부 상단에는 MOF스프레드가 깔려 있어 스폰지 같은 역할을 하면서 물을 빨아 들인다.(사진=버클리대)
상자 내부 상단에는 MOF스프레드가 깔려 있어 스폰지 같은 역할을 하면서 물을 빨아 들인다.(사진=버클리대)

 

미국 버클리대가 만든 물을 수확하는 기기. 2개의 상자로 구성돼 있다.(사진=버클리대)
미국 버클리대가 만든 물을 수확하는 기기. 2개의 상자로 구성돼 있다.(사진=버클리대)

이 장치의 창문을 통해 들어가는 햇빛은 MOF를 가열하며, 결합된 물을 외부공기 온도의 응축기로 쪽으로 이동시킨다. 수증기는 액체상태의 물로 응축돼 수집기로 떨어진다. 상자는 높은 습도나 낮은 습도 상황에서 더 효과적으로 물을 수확할 수 있도록 소재를 미세하게 조정할 수 있다.

연구진은 고가의 금속 지르코늄으로 만들어진 기존의 MOF(MOF-801)를 사용해 궁극적으로 MOF 1kg당 물 약 200ml를 거둬들일 수 있을 것으로 기대하고 있다.

하지만 야기는 최근 MOF-303이라는 알루미늄 기반의 새로운 MOF를 만들었다고 밝히고 있다. 이를 실험실에서 테스트한 결과 기존 MOF에 비해 최소 150배 더 값싸고 물을 2배나 모아들이는 것으로 나타났다. 이를 통해 하루에 MOF 1kg400ml의 물을 만들어 내는 차세대 물 수확기를 만드는 것도 가능해질 것으로 보인다.

본알루미늄 기반의 최신 금속유기프레임워크 MOF-303의 결정들. 이 기기는 사막에서 테스트해  결과 알루미늄기반 MOF보다 배나 성능이 뛰어났다.(사진=버클리대)
알루미늄 기반의 최신 금속유기프레임워크 MOF-303의 결정들. 이 기기는 사막에서 테스트해 결과 알루미늄기반 MOF보다 배나 성능이 뛰어났다.(사진=버클리대)

 

빛으로 MOF상자를 가열하면 상자 맨위에서 엉겨붙은 물 분자가 아래로 떨어지게 된다.(사진=버클리대)
빛으로 MOF상자를 가열하면 상자 맨위에서 엉겨붙은 물 분자가 아래로 떨어지게 된다.(사진=버클리대)

개발을 주도한 오마르 야기 버클리대 화학과 과학자는 이런 기기는 없었다. 이 기기는 주변의 햇빛과 함께 상온에서 작동하며 추가 에너지를 투입하지 않고도 사막에서 물을 모을 수 있다고 말했다. 그는 이 실험실에서 사막으로의 여행은 물 수확이라는 흥미로운 현상을 과학으로 바꾸게 해 주었다고 말했다. 그는 지난해 10월 애리조나 사막에서 이 기기를 처음으로 실험해 물을 수확할 수 있다는 것을 확인했다개발자인 야기는 여기서 발전된 중요 사항은 낮은 습도에서 작동한다는 것이다. 왜냐하면 전세계 건조지역은 낮은 습도를 가지고 있기 때문이다라고 설명했다.

야기는 여기서 중요한 발전은 이 기기가 낮은 습도에서 작동한다는 점이다. 전세계 메마른 지역이 모두 저습도 환경이기 때문이다라고 말했다.

야기는 이러한 기기들을 상업화하는데 엄청난 관심이 쏠려 왔으며 이미 여러 신생기업이 상업용 물수확기를 개발하는데 참여하고 있다고 말했다. 그는 알루미늄 MOF는 저렴하기 때문에 물 생산에 실용적이다라고 강조했다.

버클리대는 지난 8일 이같은 기기 개발사실을 사이언스어드밴시스(Science Advances) 저널에 발표하고 차세대 물 수확기 개발을 준비중이라고 밝혔다.

야기는 사우디아라비아 리야드 소재 킹압둘 아지즈시의 시장인 터키 사우드 모하마드 알 사우드 왕자와 공동으로 일류나노물질 및 클린에너지센터와 공동연구 프로젝트의 일환으로 이 기술을 연구하고 있다.

 

네이버 뉴스 스탠드에서 키뉴스를 만나보세요. 키뉴스 뉴스스탠드 바로가기 - MY 뉴스 설정

  • 서울시 강남구 역삼로25길 46, 3층(역삼동) (주)디지털투데이
  • 대표전화 : (02)786-1104
  • 팩스 : (02)6280-1104
  • 청소년보호책임자 : 김효정
  • 제호 : 온라인 디지털 경제미디어 키뉴스(KINEWS)
  • 등록번호 : 서울 아 00926
  • 등록일 : 2009-08-03
  • 발행일 : 2007-05-09
  • 발행인/편집인 : 김영준
  • 온라인 디지털 경제미디어 키뉴스(KINEWS) 모든 콘텐츠(영상,기사, 사진)는 저작권법의 보호를 받은바, 무단 전재와 복사, 배포 등을 금합니다.
  • Copyright © 2018 온라인 디지털 경제미디어 키뉴스(KINEWS). All rights reserved. mail to kinews@kinews.net
ND소프트
인터넷신문위원회