MIT, 바닷물을 식수로 만들어 주는 태양 증발 시스템 개발 VIDEO:Solar-powered system offers a route to inexpensive desalination
이 수동형 태양 증발 시스템은 폐수를 청소하거나, 음용수를 공급하거나,
오프 그리드 영역에서 의료 도구를 살균하는 데 사용될 수 있다.
인류의 약 3분의 2가 물 부족에 의해 영향을 받고 있고, 개발도상국의 많은 그러한 지역들도 신뢰할 수 있는 전기의 부족에 직면해 있다. 따라서 광범위한 연구 노력은 태양열을 이용하여 바닷물이나 기수를 담수화시키는 방법에 촛점을 맞추고 있다. 그러나 이러한 많은 노력들은 염분 축적으로 인한 장비의 파울링 문제에 부딪혀 복잡성과 비용을 가중시킨다.
현재, MIT와 중국의 한 연구팀은 소금 축적 문제에 대한 해결책을 생각해 냈고, 그 과정에서 이전의 태양 담수화 방법보다 더 효율적이고 덜 비싼 담수화 시스템을 개발했다. 이 공정은 또한 오염된 폐수를 처리하거나 의료 기구를 살균하기 위한 증기를 생성하는 데 사용될 수 있으며, 이 과정에서 햇빛 자체 이외의 전력원이 필요하지 않는다.
이 연구결과는 오늘 네이처 커뮤니케이션스 저널에 기재되어 있으며, MIT 대학원생인 레난 장(Lenan Zhang), 포닥 샹유 리(postdoc), 기계공학 교수인 에블린 왕(Evelyn Wang)과 다른 4명의 논문에 게재되어 있다.
Wang은 "다양한 장치의 정말 고성능의 염분 제거, 태양 기반 증발 설계에 대한 많은 시연들이 있었다"고 말했다. "이 문제는 사람들이 제대로 다루지 않았던 소금에 반하는 문제였다. 그래서 우리는 이 매력적인 공연 수치를 볼 수 있지만, 그것들은 종종 장수 때문에 제한적입니다. 시간이 지나면 모든 것이 더러워질 것이다."
태양 담수화 시스템에 대한 많은 시도들은 장치를 통해 염분의 물을 끌어내기 위해 일종의 심지에 의존하지만, 이러한 심지는 소금 축적에 취약하고 상대적으로 세척이 어렵다. 그 팀은 대신 심지가 없는 시스템을 개발하는 데 초점을 맞췄다. 그 결과, 태양열을 흡수하기 위해 위에 어두운 물질이 층층이 쌓이고, 탱크나 연못과 같은 소금물의 깊은 저장고 위에 위치한 천공층 위에 얇은 물층이 있다. 신중한 계산과 실험 후에, 연구원들은 그들의 실험에서 폴리우레탄으로 만들어진 천공 물질을 통해 뚫린 구멍의 최적 크기를 결정했다. 지름이 2.5 밀리미터인 이 구멍들은 흔히 구할 수 있는 워터젯을 사용하여 쉽게 만들 수 있다.
이 구멍은 따뜻한 물의 윗층과 아래의 차가운 저수지 사이에서 자연적으로 대류할 수 있을 만큼 충분히 크다. 이러한 순환은 염분을 위쪽에 있는 얇은 층에서 아래쪽에 있는 훨씬 더 큰 수역으로 자연스럽게 끌어당기는데, 그 곳에서 염분은 잘 희석되고 더 이상 문제가 되지 않는다. "이것은 우리가 높은 성능을 달성할 수 있게 해주며, 염분이 축적되는 것을 막습니다"라고 포드 공학 교수이자 기계 공학부의 책임자인 Wang은 말한다.
Li는 이 시스템의 장점은 "특히 거의 포화상태에 가까운 염수로 실제로 작업할 수 있는 극한 조건에서 고성능과 신뢰할 수 있는 운영"이라고 말한다. 이는 폐수 처리에도 매우 유용하다는 것을 의미한다."
이 이미지는 식품 염료에 의해 시각화된 유체 흐름을 보여준다. 왼쪽은 색색의 탈이온수가 위에서 바닥으로 천천히 이동하는 것을 보여준다. 오른쪽은 자연 대류 효과에 의해 위쪽으로부터 아래쪽으로 빠르게 이동하는 염류수를 보여준다.
그는 이러한 태양열의 탈염에 대한 많은 연구가 새로운 재료에 촛점을 맞추고 있다고 덧붙인다. "하지만 우리의 경우, 우리는 정말 저렴한, 거의 가정용품들을 사용한다." 관건은 이 수동적인 시스템을 구동하는 대류 흐름을 분석하고 이해하는 것이었다고 그는 말한다. "사람들은 그렇게 하기 위해 항상 새로운 재료, 비싼 재료, 복잡한 구조물 또는 뒤틀린 구조물이 필요하다고 말한다. 그리고, 저는 이것이, 윅 구조 없이 이것을 해낸 첫 번째라고 믿는다."
황기철 콘페이퍼 에디터 인플루언서
Ki Chul Hwang Conpaper editor influencer
(Source:
https://news.mit.edu/2022/solar-desalination-system-inexpensive-0214)
MIT's solar-powered system offers a route to inexpensive desalination
