많은 해안 지역 사회가 바닷물을 식수로 바꾸기 위해 담수화에 의존합니다. 유엔은 안전하게 관리되는 식수를 이용하지 못하는 사람이 22억 명이라고 추정합니다. 그러나 역삼투(reverse osmosis)와 열증류 같은 일반적 담수화 방법은 많은 에너지를 쓰고 화학적 전처리·후처리를 필요로 하며 농축된 염수(브라인)를 배출합니다. 이 염수는 해양의 염도와 용존산소 수준을 바꿔 해양 생태계에 피해를 줍니다.
로체스터 대학교 연구진은 태양광으로 작동하는 검은 금속 패널을 개발했습니다. 패널 표면을 펨토초 레이저로 정교하게 새겨 빛 흡수성과 모세관성을 높였고, 레이저로 처리된 활성 영역이 얇은 물층을 끌어와 태양열로 물을 증류합니다. 증발한 물은 담수로 얻고, 소금은 처리가 되지 않은 수동 영역으로 이동하도록 설계해 활성 영역이 소금으로 막혀 작동을 멈추지 않게 했습니다.
연구진은 다양한 실제 바닷물 염을 다루기 위해 미세한 홈을 만들어 광물들이 단단한 껍질을 형성하지 않고 흘러내리게 했고, 증발 과정에서 소금이 가장자리로 모이는 커피링 현상을 이용해 소금을 수동 영역으로 유도했습니다. 태평양, 대서양, 인도양 시료 시험에서 담수 생산이 가능했으며 남은 염류를 고체로 모아 나중에 회수할 수 있었습니다. 이 방법은 해로운 브라인을 배출하는 대신 거의 100%의 염을 고체로 남깁니다.
고체로 얻은 염은 식탁용 소금과 다른 광물을 공급할 수 있습니다. 관련 연구에서는 패널의 홈에 수소 티타네이트 나노입자를 삽입해 염을 분리하고 리튬을 고립시키기도 했으며, 그레이트 솔트레이크 시료 실험에서는 약 50%의 리튬을 회수했습니다. 수석 연구자 Chunlei Guo와 동료들은 결과를 Light: Science & Applications 및 Journal of Materials Chemistry A에 발표했고, Guo는 소규모 개념 검증 장치에서 입증되었고 본질적으로 확장 가능하다고 밝혔습니다. 이 접근법은 에너지 사용을 줄이고 화학 첨가물을 피하며 브라인 폐기를 줄이는 동시에 식수 접근성과 지속 가능한 광물 공급망에 기여할 수 있습니다. 연구는 National Science Foundation, the Bill & Melinda Gates Foundation 및 Worldwide Universities Network의 지원을 받았습니다.
어려운 단어·표현
- 담수화 — 바닷물을 마실 수 있는 물로 바꾸는 과정담수화에
- 역삼투 — 반투과막 통해 염분을 제거하는 방법역삼투(reverse osmosis)
- 모세관성 — 좁은 틈에서 액체가 오르는 성질모세관성을
- 펨토초 레이저 — 매우 짧은 시간의 레이저 펄스 장치펨토초 레이저로
- 커피링 현상 — 증발할 때 가장자리에 물질이 모이는 현상커피링 현상을
- 브라인 — 소금과 다른 용질이 농축된 바닷물
- 회수하다 — 사용한 물질이나 자원을 다시 얻다회수했습니다.
- 농축된 — 물질 양이 상대적으로 많아진 상태
팁: 글에서 강조된 단어에 마우스를 올리거나 포커스/탭하면, 읽거나 들으면서 바로 간단한 뜻을 볼 수 있습니다.
토론 질문
- 이 기술이 브라인 배출을 줄이면 해양 생태계에 어떤 긍정적 변화가 있을지 설명해 보세요.
- 이 연구 방법을 실제 해안 지역에 대규모로 적용할 때 예상되는 기술적·경제적 어려움은 무엇일까요?
- 고체로 얻은 염과 리튬 같은 광물 회수가 지역 사회나 산업에 어떤 이득을 줄 수 있을지 구체적으로 논의해 보세요.
