울산과학기술원(UNIST) 에너지화학공학과 연구팀. 왼쪽부터 장지현 교수, 라나 이르판 박사, 김성도 박사, 이진영 연구원. 사진 UNIST

울산과학기술원(UNIST) 연구진이 별도의 전력 공급 없이 태양광만으로 바닷물을 마실 수 있는 담수로 바꾸는 기술을 개발했다. 전력 인프라가 부족한 지역의 식수난 해소에 새로운 대안이 될 수 있을 전망이다.

UNIST 에너지화학공학과 장지현 교수 연구팀은 12일 햇빛을 이용해 바닷물을 데우는 3원계 산화물 기반 태양광 증발기를 개발했다고 밝혔다. 이 장치는 태양광을 흡수한 열로 바닷물을 끓여 수증기를 만들고, 이를 응축해 담수로 얻는 방식이다.

연구팀이 제작한 1㎡ 크기의 증발기는 한 시간에 약 4.1ℓ의 식수를 생산할 수 있다. 이는 자연 증발 속도의 약 7배로, 산화물 소재를 사용한 장치 가운데 세계 최고 수준의 효율이다.

3원계 산화물 기반 증발기 개념도. 사진 UNIST

핵심은 새로운 ‘광열(光熱) 변환 소재’다. 태양 빛을 흡수해 열로 바꾸는 이 소재는 증발기 표면에 얇게 코팅된다. 연구진은 망간 산화물의 망간 일부를 구리(Cu)와 크롬(Cr)으로 치환해 3원계 산화물 광열 변환 소재을 개발했다.

이 소재는 자외선부터 근적외선에 이르는 빛의 97% 이상을 흡수하며, 흡수된 에너지를 다시 빛으로 방출하지 않고 열로 전환하는 효율이 높다. 그 결과 표면 온도는 최대 80°까지 상승했다. 이는 기존 망간 산화물보다 17°, 구리-망간 산화물보다도 6° 이상 높은 수치다.

장치는 부식과 염 분진을 줄이는 구조로 설계됐다. 증발 면에는 수분을 잘 흡수하는 천 재질을, 주변부에는 소금이 쌓이지 않도록 소수성 폴리에스터를 적용했다. 폴리에스터 섬유 구조가 물을 빨대처럼 끌어올리면서도 소금을 가장자리로 밀어내 염 축적을 최소화한다.

장지현 교수는 "빛의 흡수 대역을 자외선부터 근적외선까지 확장하고, 열전환율을 비약적으로 높인 덕분에 전력 없이도 고효율 담수화가 가능했다"며 "내구성이 높고 대면적 제작이 쉬워, 도서 지역이나 개발도상국의 식수난 해소에 실제로 활용할 수 있을 것"이라고 말했다.

이번 연구 결과는 국제학술지 '어드밴스드 머터리얼즈(Advanced Materials)'에 지난달 16일 온라인 공개돼 정식 출판을 앞두고 있다.