KIST(원장직무대행 윤석진)는 송경근 물자원순환연구센터 박사와 최원준 광전소재연구단 박사 공동연구팀이 태양열을 이용해 바닷물이나 하수로부터 식수를 생산할 수 있는 '고효율 태양열 막증류 기술'을 개발했다고 2일 밝혔다.

막증류 기술은 바닷물을 가열해 수증기만 통과할 수 있는 소수성 분리막으로 통과시켜 바닷물과 분리, 응축해 식수를 생산하는 기술이다. 낮은 온도에서 구동이 가능해 에너지 사용량을 줄일 수 있어 차세대 담수화 기술로 주목받고 있다. 특히 신재생에너지인 태양열을 열원으로 이용하는 태양열 막증류 기술은 지구온난화를 방지할 수 있다.

태양열 막증류 기술에서 가장 중요한 부분은 태양열을 모아 물을 가열하는 역할을 하는 태양열 흡수체다. 기존 상용화된 태양열 흡수체는 태양열 흡수 성능이 낮아 태양열 조건이 좋은 일부 지역에서만 적용이 가능했다. 이 경우 태양열 흡수에 필요한 흡수체 면적이 매우 넓어야 하는 단점이 있었다.

연구진이 티타늄(Ti) 금속과 불화마그네슘(MgF2)을 이용해 개발한 태양열 흡수체는 태양에너지의 대부분 영역인 0.3∼2.5μm 파장의 태양에너지를 85% 이상 흡수하고, 물 온도를 80°C 이상으로 가열할 수 있는 성능을 지니고 있다. 개발된 흡수체를 태양열 막증류에 적용한 결과 9월 맑은 날 기준 10시간 동안 4.78L/m2의 식수를 생산할 수 있었다. 이는 기존 상용화된 태양열 흡수체에 비해 2배 이상 물을 생산해낼 수 있는 높은 성능이다.

이러한 흡수체는 전자빔을 이용해 티타늄(Ti) 금속과 불화마그네슘(MgF2)을 수십 nm두께 박막으로 증착하는 간단한 방법으로 제조 가능하며 우수한 태양열 흡수성능으로 태양열 보일러 등에도 적용이 가능할 것으로 보인다. 또한 해당 기술은 태양열을 열원으로 사용하기에 에너지 인프라가 없는 고립지역에도 적용할 수 있다. 저개발국·국내 도서 지역·오지·해외 파병지역 등에 식수 공급 시설로도 이용할 수 있을 것으로 기대된다.

송경근 KIST 박사는 "본 연구는 수처리 기술에 소재 기술을 접목하여 혁신적인 성과를 창출한 융합연구의 성공적인 사례로 큰 의미가 있다"며 "앞으로도 지속적인 융합연구를 통해 최첨단 소재기술을 적용한 수처리 기술 개발에 매진할 계획"이라고 말했다.

본 연구는 국토교통부(장관 김현미) 지원으로 수행됐으며, 연구결과는 수자원 분야 국제 저널인 'Desalination' (JCR 분야 상위 1.648%) 최신 호에 게재됐다.