[인더스트리뉴스 최용구 기자] 태양열 해수담수화의 보편화 가능성을 높이는 또 하나의 연구결과가 제시됐다.
최근 매사추세츠 공과대학(MIT) 연구진은 증발기와 응축기로 구성된 다단계 시스템을 통해 ‘높은 물 출력(high water output)’을 내는 태양열 담수화 장치를 개발했다고 밝혔다. 연구진은 수돗물보다 저렴하게 물을 제조하는 데 성공했다.
연구원들은 pv magazine에 “시스템을 작은 여행 가방 크기로 확장할 경우 시간당 4~6리터의 식수를 생성할 수 있고, 교체 부품이 필요할 때까지 몇 년 동안 지속할 수 있다”라면서, “이러한 규모와 효율성을 바탕으로 수돗물보다 저렴하게 식수를 생산할 수 있다”고 말했다.
MIT와 상해교통대학(Shanghai Jiao Tong University) 과학자로 구성된 연구팀은 온도와 밀도에 따른 부력의 차이로 유발되는 열염분 순환(Thermohaline circulation)을 이용했다. 뜨겁고 밀도가 낮은 물질이 상승하는 것과 차갑고 밀도가 높은 물질이 가라앉는 현상을 통해 열전달을 일으켰다. 연구팀은 ‘천연 바닷물’과 ‘바닷물보다 7배 염분을 높인 물’로 실험했다.
해수담수화는 바닷물에서 염분 등 용해물질을 제거해 순수한 물을 얻는 과정이다. 특히 태양열로 바닷물을 가열시켜 염분을 제거하는 방식은 탄소중립적인 방법에 해당한다.
이번에 개발된 시스템은 열 교환기, 응축수 수집기 등이 다단계로 조합된 형태다. 열을 흡수하기 위해 중앙에는 어두운 소재로 덮힌 상자를 배치했으며 상자는 위와 아래로 층을 나눴다.
물은 상자 위쪽 절반을 통해 흐르면서 증발기 층을 거치게 된다. 여기서 생성된 수증기는 아래에 있는 응축층에서 냉각된 후 무염 상태의 마실 수 있는 물로 최종 전환된다. 남아있는 소금은 축적되지 않고 장치 밖으로 순환된다.
연구진은 상자의 위쪽에서 바닥까지 관을 연결했다. 상자는 소금물에 뜰 수 있도록 설계했으며 비스듬하게 배치했다. 기울기로 유체의 흐름을 만들어 소금이 순환되도록 하고 상부 증발층과 접촉을 원활하게 했다는 설명이다.
참여 연구진은 “물은 튜브를 통해 상자 안으로 자연스럽게 밀어올릴 수 있다”며, “상자의 기울기가 물이 소용돌이치도록 유도한다"고 설명했다.
이번 연구결과는 저널 Joule에 ‘열염 대류를 동반한 극한의 소금 저항 다단 태양 증류법(Extreme salt-resisting multistage solar distillation with thermohaline convection)’이란 제목으로 9월 27일 게재됐다.
상해교통대학 태양에너지 및 냉동 공학 연구 센터(MOE) 관계자는 “높은 담수 생산량과 극도의 내염성을 갖춘 이번 장치는 물 생산 비용을 크게 줄일 것”이라면서, “수동형 태양광 담수화 기술에 대한 실질적인 채택의 길을 열어줬다”고 평가했다.
한편, 기존 수돗물 제조 과정에선 활성탄 등으로 오염물을 흡착하고 오존을 통해 살균하는 방법이 널리 사용되고 있다. 물속 미세플라스틱, 바이러스 등 병원성 미생물까지 거르기 위한 ‘막여과’도 일부 쓰인다.
