 |
경희대 융합바이오·신소재공학과 유정목 교수 연구팀이 물 부족 문제 해결을 위한 태양광열 증발기를 제작하여 새로운 기술적 접근을 제시했다. 사진은 셀룰로오스 나노섬유와 CO2 레이저 탄화층을 결합한 하이브리드 구조의 친환경 태양열 증발기 개요. |
[대학저널 온종림 기자] 경희대학교 융합바이오·신소재공학과 유정목 교수 연구팀이 셀룰로오스 나노섬유(CNF)를 기반으로 한 태양광열 증발기를 제작하여, 물 부족 문제 해결을 위한 새로운 기술적 접근을 제시했다. 이 증발기는 CO2 레이저 탄소화 공정과 아이스-템플레이팅(Ice-Templating) 기법을 결합해 효율적인 물 증발과 환경친화적인 물 처리를 실현한다. 따라서, 기존의 고비용 담수화 기술을 대체할 가능성을 시사한다.
현재, 전 세계적으로 약 20억 명이 물 부족 문제에 직면해 있다. 기후 변화와 환경 오염, 인구 증가 등 다양한 요인으로 그 문제가 점점 심화되고 있다. 이에 따라, 물을 효율적으로 정화하고 증발시키는 지속 가능한 기술 개발이 더욱 중요한 상황이다.
연구팀은 셀룰로오스를 주요 소재로 활용한 태양광열 증발기를 설계해 문제 해결에 나섰다. 셀룰로오스는 나무와 식물에서 자연적으로 얻을 수 있는 물질이다. 생분해가 가능하고 환경에 미치는 영향이 적다. 연구팀은 셀룰로오스를 셀룰로오스 나노섬유 형태로 가공해 물을 빠르게 전달할 수 있는 섬유 구조를 만든 후, 이를 셀룰로오스 에어로겔(Cellulose Aerogel, CA)로 변형하여 증발 성능을 최적화했다.
연구팀은 태양광열 증발기의 성능을 높이기 위해 두 가지 혁신적인 공정을 적용했다. 첫째, 아이스-템플레이팅 기법을 사용하여 다공성 구조를 형성, 물 흐름을 원활하게 하고 물의 빠른 전달을 가능하게 했다. 둘째, CO2 레이저 탄소화 공정을 통해 탄소층을 증발기 표면에 형성하였다. 이 탄소층은 태양광을 효율적으로 흡수하고 열로 변환하여 물 증발 효율을 크게 향상시키는 중요한 기술적 요소로 작용했다.
제작된 태양광열 증발기는 물 증발 속도와 효율성 면에서 우수한 성과를 기록했다. 순수 물에서 1.9 kg m⁻² h⁻¹의 증발률과 83.8%의 증발 효율을 달성했으며, 모의 해수 환경에서도 안정적으로 작동했다. 또한, 연구팀은 증발기 표면에 폴리디메틸실록산(PDMS)을 덧입혀 부력을 향상시키고 열 손실을 줄여 안정적인 성능을 유지할 수 있도록 설계했다.
유정목 교수 연구팀의 기술은 물 부족 지역에서의 해수 담수화, 농업용수 정화, 산업 폐수 처리 등 다양한 분야에 실용적으로 적용될 수 있다. 특히, 셀룰로오스와 같은 친환경 소재를 사용하여 기존 담수화 기술에서 발생하는 환경 오염 문제를 해결하는 동시에, 경제적이고 지속 가능한 물 처리가 가능하다는 점에서 의의가 크다. 연구팀은 이번 성과를 바탕으로 친환경 및 경제적 물 처리 기술의 상용화를 추진하고, 물 부족 문제 해결을 위한 지속 가능한 기술 개발을 이어갈 예정이다. 이를 통해 환경과 사회에 긍정적인 영향을 미칠 수 있는 기술을 확산할 계획이다.
연구팀의 성과는 11월 17일 세계적인 학술지인 에 온라인 게재됐다.
[저작권자ⓒ 대학저널. 무단전재-재배포 금지]
