AI 요약
전 세계적으로 22억 명에 달하는 인구가 안전한 식수를 공급받지 못하고 있는 가운데, 로체스터 대학교(University of Rochester)의 춘레이 구오(Chunlei Guo) 교수 연구팀은 해양 생태계를 위협하는 염수(brine) 폐수를 발생시키지 않는 혁신적인 태양열 해수 담수화 기술을 개발했습니다. 기존의 역삼투압이나 열 증류 방식은 막대한 에너지를 소모하고 화학적 전처리가 필요하며, 고농도의 염수를 바다로 방류해 해양 산소 수치를 낮추는 등 생태계를 파괴하는 고질적인 문제가 있었습니다. 이번에 개발된 시스템은 펨토초 레이저(femtosecond lasers)로 정밀하게 미세 패턴을 새긴 검은색 금속 패널을 활용하여 작동합니다. 이 패널은 태양광을 거의 100% 흡수하는 동시에 물을 강력하게 끌어당기는 초흡수성(superwicking)을 지녀, 얇은 수막을 형성하고 태양열로 물을 빠르게 증발시킵니다. 이 증발 과정에서 분리되는 소금과 미네랄은 패널의 비활성 영역으로 자동 이동되어 고체 형태로 수집되므로 시스템 막힘 현상이 발생하지 않으며, 이 부산물 속에서 배터리 제조 등에 쓰이는 귀중한 리튬 자원까지 회수할 수 있습니다.
핵심 인사이트
- 유엔(UN) 식수 문제 해결 기여: 안전한 식수를 공급받지 못하는 전 세계 22억 명의 인류를 위해 고비용·고에너지 방식의 기존 담수화 기술을 대체할 수 있는 대안을 제시했습니다.
- 연구 주도 기관 및 인물: 로체스터 대학교의 광학 및 물리학과 교수이자 레이저 에너지학 연구소(Laboratory for Laser Energetics) 선임 과학자인 춘레이 구오(Chunlei Guo) 교수 연구팀이 개발을 이끌었습니다.
- 학술지 게재: 이번 연구 성과는 저명한 국제 학술지인 '라이트: 사이언스 & 어플리케이션(Light: Science & Applications)'에 발표되었습니다.
- 실제 해수 실증 성공: 연구팀은 전 세계 3개 바다에서 가져온 실제 바닷물을 대상으로 테스트를 진행하여 담수화 성능과 염분 고체화 기능을 성공적으로 검증했습니다.
주요 디테일
- 펨토초 레이저 가공: 금속 표면에 초미세 나노 구조를 형성하는 펨토초 레이저 기술을 적용해 빛 흡수력을 극대화하고 초흡수성(superwicking) 표면을 구현했습니다.
- 무폐수(Zero Brine) 친환경 공정: 화학 전처리가 전혀 필요 없고 액체 형태의 고농도 염수 폐수를 배출하지 않아 해양 생태계를 오염시키지 않습니다.
- 자동 염분 자가 세척 메커니즘: 해수 증발 시 축적되는 소금과 미네랄이 패널의 활성 영역에서 비활성 영역(passive region)으로 자동 이동하도록 설계되어 장치의 수명을 단축시키는 막힘(clogging) 현상을 원천 차단했습니다.
- 부가가치 자원 회수: 해수에서 분리되어 고체 상태로 남은 잔류물로부터 배터리 생산에 유용한 핵심 소재인 리튬(lithium) 등의 고가치 광물을 추출해 낼 수 있습니다.
향후 전망
- 지속 가능한 물 부족 솔루션 제공: 중동이나 미국 캘리포니아 등 해수 담수화 의존도가 높으면서도 환경 오염 우려가 컸던 지역에서 차세대 저비용·친환경 정수 솔루션으로 자리 잡을 것입니다.
- 배터리 광물 공급망 다변화 기여: 친환경 담수화 공정의 부산물로 리튬을 확보할 수 있게 됨에 따라, 이차전지 제조업계의 새로운 광물 자원 확보 경로가 될 것으로 기대됩니다.
출처:sciencedaily