"공기 중 물 흡수해 식수로…독일 연구진, 스펀지형 신소재 개발"

[지디넷코리아]독일 킬대학교(CAU) 연구진이 공기 중 수분을 식수로 바꿀 수 있는 스펀지 형태 신소재를 개발했다고 과학매체 인터레스팅엔지니어링이 최근 보도했다.이번 연구는 지중해 연안과 같은 건조 지역에 식수 공급 문제를 해결하는 데 큰 기여를 할 전망이다.

또 에너지 효율이 높은 냉방 기술 개발에도 활용될 수 있는 가능성을 제시했다.

연구 결과는 국제학술지 저널 오브 머티리얼즈 케미스트리 A(Journal of Materials Chemistry A)와 인더스트리얼 앤드 엔지니어링 케미스트리 리서치(Industrial & Engineering Chemistry Research, I&EC)에 각각 게재됐다.연구진이 개발한 소재는 습도가 낮은 환경에서도 공기 중 수분을 효과적으로 흡수하고, 비교적 낮은 온도의 열만으로 저장된 물을 방출할 수 있어 반복적인 물 생산에 적합하다.

특히 이번 연구는 실험실 수준을 넘어 상용화 가능성을 한층 높였다는 점에서 의미가 크다.CAU 무기화학연구소의 노르베르트 스톡 교수는 "기후 변화로 많은 지역이 기온 상승과 강수량 감소를 겪고 있다"며 "우리의 목표는 공기 중 수분을 식수로 전환할 수 있는 친환경 기술을 개발하는 것"이라고 말했다.연구는 대량의 물을 흡수하고 방출할 수 있는 다공성 소재인 금속-유기 골격체(MOF·Metal-Organic FRAMEwork)에 초점을 맞췄다.

MOF는 미세한 기공이 촘촘히 연결된 구조를 갖고 있어 스펀지처럼 공기 중 수분을 빠르게 흡수할 수 있다.연구팀은 기존 MOF 소재인 'CAU-10-H'를 개선했다.

이 소재는 상온에서 상대습도 18% 이상인 환경에서 수분을 흡수하며, 약 70도로 가열하면 저장된 수분을 방출한다.

여기에 전도성 탄소 구조체를 결합해 전기나 태양광으로 효율적으로 가열할 수 있도록 했다.

이를 통해 수분 방출 속도를 높였으며, 수 시간 안에 물 흡수와 방출을 반복하는 운용이 가능해졌다.실험 결과 이 복합 소재는 1g당 최대 0.17g의 물을 흡수하는 것으로 나타났다.

건조한 환경에서는 소재 1㎏으로 하루 최대 1.8리터의 식수를 생산할 수 있는 것으로 확인됐다.논문 제1저자인 레세 베그너는 "이러한 특성 덕분에 이 소재는 건조 지역에서 식수를 생산하는 데 매우 적합하다"고 설명했다.연구진은 이 소재가 식수 생산뿐 아니라 냉각 시스템의 효율 향상에도 도움이 될 수 있다고 밝혔다.

흡착식 냉각 시스템에 적용한 결과, 기존에 널리 사용되는 실리카겔보다 최대 3배 높은 냉각 성능을 보였다.연구팀은 앞으로 데이터센터나 제빵 공장 등에서 발생하는 폐열을 활용해 흡착식 냉각 시스템을 구동할 수 있을 것으로 기대하고 있다.

이를 통해 냉방에 필요한 에너지 소비도 크게 줄일 수 있다는 설명이다.연구진은 대량 생산에도 성과를 거뒀다.

칼레 메르틴 연구원이 이끄는 연구팀은 생산 규모를 약 30㎏까지 확대하는 데 성공했으며, 이는 기존 실험실 생산량의 약 60배에 달한다.

기술경제성 분석 결과 생산 단가는 ㎏당 약 12~14달러 수준으로 추산됐다.스톡 교수는 "이번 성과는 우리 소재가 실험실을 넘어 경제성을 갖춘 규모로 생산될 수 있음을 보여준다"며 "실용적인 응용 가능성이 한층 현실에 가까워졌다"고 말했다. ...