태양광만으로 바닷물을 가열해 마시는 물을 얻을 수 있는 기술이 국내에서 개발됐다.
울산과학기술원(UNIST)은 장지현 에너지화학공학과 교수 연구팀이 햇빛을 받아 바닷물을 가열하는 3원계 산화물 기반 증발기를 개발했다고 12일 밝혔다. 연구성과는 국제 학술지 ‘어드밴스드 머터리얼즈’에 지난달 16일 게재됐다.
3원계 산화물 기반 증발기는 바닷물을 증발시킨 뒤 이를 응축하면 전력 없이도 마실 수 있는 담수를 얻을 수 있는 장치다. 1㎡ 면적의 장치를 바닷물에 띄워놓으면 1시간 만에 식수 4.1L를 얻을 수 있다. 이는 학계에 보고된 산화물 소재 기반 장치 중 세계 최고 수준의 증발 속도라는 게 연구팀 설명이다.
연구팀은 내식성이 뛰어난 망간 산화물의 망간 일부를 구리와 크롬으로 치환해 3원계 산화물 광열 변환 소재를 만들었다. 물질의 조성을 조절해 물질이 흡수할 수 있는 태양광 파장 대역을 설계하는 ‘밴드갭 엔지니어링’ 기술이다. 일반적인 산화물 소재는 가시광선 파장 영역까지만 흡수하는 데 그치는 반면 연구팀이 개발한 소재는 자외선부터 가시광선, 근적외선 영역까지 빛의 97.2%를 흡수한다.
태양광을 열로 변환하는 효율도 뛰어나다. 망간 자리를 크롬이나 구리가 차지하게 되면 흡수된 태양 빛 에너지가 다시 빛 형태로 방출되기보다 열로 전환되는 비율이 높아지기 때문이다. 이를 통해 소재 표면 온도를 기존 63℃에서 80℃까지 높일 수 있다.
장 교수는 “기존 산화물 광열변환 소재들이 빛을 흡수하는 대역이 좁아 효율이 낮았던 점을 근본적으로 개선하고 광열변환 특성도 향상시켜 고성능 증발기를 만들 수 있었다”며 “소재의 내구성이 뛰어나고 대면적화도 쉬워 실제 식수 부족 문제 해결에 도움이 될 수 있을 것이다”고 말했다.
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