울산과학기술원(UNIST) 에너지화학공학과는 태양열을 이용해 바닷물을 증발시켜 식수를 생산하는 기술을 개발했다고 21일 밝혔다.

장지현 교수팀이 개발한 이 장치는 표면에 소금이 끼는 문제를 해결한 태양열 해수 증발 시스템이다. 증발된 수증기를 응축시키면 마실 수 있는 물이 된다. 전력 공급 없이 작동하고 소금 축적으로 인한 성능 저하를 방지할 수 있어 개발도상국의 식수 부족 문제 해결에 활용할 수 있을 것으로 전망된다.

연구진이 제작한 증발 시스템은 'ㄱ'자 형태의 종이 구조로 구성됐다. 종이가 물을 흡수하는 특성을 이용해 바닷물이 종이 기둥을 따라 상승하도록 했다. 상승한 바닷물은 종이 표면에 도포된 고온의 광열흡수체와 접촉해 신속하게 수증기로 변한다.

광열흡수체로 사용된 페로브스카이트 소재는 햇빛을 받아 열을 발생 시키는 물질로, 높은 발열 효율을 보인다. 이 소재는 일반 해수 증발 속도보다 8~10배 빠른 증발을 가능하게 한다.

ㄱ자 설계의 핵심은 염분 처리에 있다. 바닷물과 함께 올라온 염분은 광열흡수체 가장자리로 이동해 고체 상태로 분리된다. 축적된 소금은 간편하게 제거하거나 회수해 재활용할 수 있으며 광열흡수체 표면을 깨끗하게 유지해 장치의 지속적인 성능을 보장한다.

이 증발 장치의 성능은 시간당 3.4㎏/m²의 해수 증발 수준이다. 일반적으로 해수는 담수보다 증발이 어려워 햇빛 조건에서 시간당 1m² 기준 0.3~0.4㎏ 정도만 증발한다.

내구성 테스트에서도 우수한 결과를 보였다. 해수보다 염분 농도가 훨씬 높은 20% 고농도 소금물 환경에서도 2주간 연속 작동했다.

제1저자 소우럽 차울레(Saurav Chaule) 박사는 "ㄱ자형 증발기는 지속 가능한 담수화뿐만 아니라 소금과 같은 친환경 자원의 회수 기술로도 응용이 가능하다"고 설명했다.

장지현 교수는 "새로운 구조 설계와 페로브스카이트 반도체 기반 광열흡수체를 적용해 외부 전력 없이도 시간당 3.4㎏의 담수 생산이 가능한 장치 개발에 성공했다"며 "매우 경제적이고 쉬운 방식으로, 앞으로 수자원 문제의 실질적 해법이 될 수 있을 것"이라고 밝혔다.

이번 연구 성과는 어드밴스드 에너지 머티리얼스(Advanced Energy Materials)의 후면 표지 논문으로 선정됐으며 온라인으로는 7월 17일 공개돼 정식 출판을 앞두고 있다. 연구 수행은 '미세플라스틱 대응 화공·바이오 융합 공정 연구센터'의 ERC 과제와 중견연구과제 지원을 받아 이뤄졌다.