[GT] 바다의 원리를 이용한 새로운 ‘해수 담수화 기술’
MIT와 중국 상하이 자오퉁 대학교(Shanghai Jiao Tong U...



  • [GT] 바다의 원리를 이용한 새로운 ‘해수 담수화 기술’

    By Jintong Gao, JOULE, October 18, 2023, Vol. 7. Iss. 10

    MIT와 중국 상하이 자오퉁 대학교(Shanghai Jiao Tong University)의 엔지니어들이 바다에서 영감을 받아 태양으로부터 전력을 공급받는 ‘완전하게 수동적인 장치’를 사용하여 바닷물을 식수로 바꾸는 것을 목표로 연구를 진행했고, 긍정적인 결과를 얻고 있다.

    학술지 ‘줄(Joule)’ 저널에 최근 발표된 새로운 연구에서는 바닷물을 흡수하여 자연 햇빛으로 가열하는 새로운 태양열 담수화 시스템의 설계를 개략적으로 설명하고 있다.

    이 장치를 배치하면, 대양의 거대한 ‘열염분’ 순환과 유사한 방식으로 물이 휘저어지는 소용돌이 속에서 염류가 순환할 수 있다.

    이러한 순환은 태양열과 결합하여 물을 증발시켜 소금을 남기고, 이때 생성된 수증기는 응축되어 마실 수 있는 순수한 물로 수집된다.

    그 사이 남은 잔여 염분은 시스템에 쌓여 막히지 않도록 장치 안팎으로 계속 순환된다.

    이 새로운 시스템은 현재 테스트 중인 다른 수동 태양광 담수화 개념보다 물 생산 속도와 염분 제거율이 더 높다.

    연구진은 이 시스템이 작은 여행가방 크기까지 성공하면, 시간당 4~6리터의 식수를 생산할 수 있고, 부품 교체가 필요할 때까지 수 년 동안 그 성능이 유지될 수 있다고 추정한다.

    이로 인해 이 시스템은 수돗물보다 저렴한 가격과 속도로 식수를 생산할 수 있다.

    연구진은 소규모 가족의 일일 요구 사항을 충족하기에 충분한 식수를 수동적으로 생산할 수 있는 확장된 장치를 구상하고 있다.

    이 시스템은 해수에 쉽게 접근할 수 있는 독립형 해안 지역사회 전체에 공급될 수도 있다.

    가장 최근 실험을 통해, 연구진은 높은 물 생산율과 염분 제거율을 모두 달성하는 설계에 도달했다고 파악하고 있다.

    이는 이 시스템이 장기간 빠르고 안정적으로 식수를 생산할 수 있다는 것을 의미한다.

    시스템 디자인의 핵심은 이전의 두 가지 개념, 즉 증발기와 응축기로 구성된 다단계 시스템을 하나로 결합한 것이다. 또한 이 시스템은 각 단계 내에서 물과 소금의 순환을 촉진하도록 구성된다.

    이러한 소규모 순환은 대양의 ‘열염분’ 대류와 유사하다. 이러한 대류 현상은 해수 온도와 염도의 차이를 기반으로 전 세계 대류의 움직임을 주도한다.

    바닷물이 공기에 노출되면 햇빛에 의해 물이 증발하고, 물이 증발되면 소금이 남게 된다.

    염분 농도가 높을수록 액체의 밀도는 높아지고, 무거운 물은 아래로 흐르게 된다.

    엔지니어들은 이 수 킬로미터 너비의 해양 현상을 작은 상자에 모방함으로써 이 기능을 활용하여 소금을 걸러낼 수 있었다.

    연구팀은 1단계, 3단계, 10단계로 구성된 여러 프로토타입을 제작하고 천연 해수와 7배 더 염도가 높은 물을 포함하여 다양한 염도의 물에서 성능을 테스트했다.

    이러한 테스트를 통해 연구자들은 각 단계를 1제곱미터로 확장하면 시간당 최대 5리터의 식수를 생산할 수 있으며 시스템이 수년 동안 소금을 축적하지 않고 물을 담수화할 수 있다고 계산했다.

    이렇게 연장된 수명과 시스템은 완전히 수동적이어서 작동하는 데 전기를 필요로 하지 않는다는 사실을 고려할 때, 연구팀은 시스템을 운영하는 데 드는 전체 비용이 미국에서 수돗물을 생산하는 데 드는 비용보다 더 저렴할 것으로 추정하고 있다.

    이 장치는 또한 긴 수명 성능을 달성할 수 있기 때문에 처음으로 현실적인 문제를 해결할 수 있는 태양광 담수화의 가능성을 예고하고 있다.

    - JOULE, October 18, 2023, Vol. 7. Iss. 10, “Extreme Salt-Resisting Multistage Solar Distillation with Thermohaline Convection,” by Jintong Gao, et al. © Elsevier Inc. All rights reserved.

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