경희대학교(총장 김진상)는 유정목 융합바이오·신소재공학과 교수 연구팀이 셀룰로오스 나노섬유(CNF)를 기반으로 한 태양광열 증발기를 개발해 물 부족 문제 해결을 위한 새로운 기술적 접근을 제시했다고 23일 밝혔다.
이 증발기는 CO2 레이저 탄소화 공정과 아이스-템플레이팅(Ice-Templating) 기법을 결합해 효율적인 물 증발과 환경친화적인 물 처리를 실현했다. 전 세계적으로 약 20억명이 물 부족 문제에 직면한 가운데, 연구팀은 지속 가능한 물 처리 기술 개발의 필요성을 강조하며 셀룰로오스를 주요 소재로 활용한 태양광열 증발기를 설계했다.
셀룰로오스는 나무와 식물에서 얻을 수 있는 친환경 물질로, 생분해가 가능하고 환경에 미치는 영향이 적다. 연구팀은 셀룰로오스를 셀룰로오스 나노섬유 형태로 가공해 물 전달을 용이하게 하고, 이를 셀룰로오스 에어로겔(Cellulose Aerogel)로 변형해 증발 성능을 최적화했다.
유 교수 연구팀은 증발기 성능 향상을 위해 두 가지 혁신적인 공정이 적용됐다. 첫번째는 아이스-템플레이팅 기법으로 다공성 구조를 형성해 물의 흐름을 원활하게 하고 빠른 전달을 가능하게 했다. 두번째는 CO2 레이저 탄소화 공정을 통해 증발기 표면에 탄소층을 형성해 태양광 흡수와 열 변환 효율을 높였다. 이 기술은 순수 물에서 1.9킬로그램 퍼 스퀘어 미터 퍼 아워(kg m?² h?¹)의 증발률과 83.8%의 증발 효율을 기록했으며, 모의 해수 환경에서도 안정적으로 작동했다.
또 연구팀은 증발기 표면에 폴리디메틸실록산(PDMS)을 덧입혀 부력을 향상시키고 열 손실을 줄여 안정적인 성능을 유지하도록 설계했다. 이런 기술은 해수 담수화, 농업용수 정화, 산업 폐수 처리 등 다양한 분야에 실용적으로 적용 가능하며, 기존 담수화 기술에서 발생하는 환경 오염 문제를 해결하고 경제적이고 지속 가능한 물 처리를 가능하게 한다.
유정목 교수는 “이번 연구는 친환경 소재를 활용해 경제적이고 지속 가능한 물 처리 기술 개발의 가능성을 보여준 사례”라며 “향후 상용화를 통해 물 부족 문제 해결에 기여하고 환경과 사회에 긍정적인 영향을 미칠 수 있는 기술 확산에 힘쓸 것”이라고 말했다.
유 교수 연구팀의 연구 결과는 세계적 학술지 'Advanced Functional Materials'에 11월 17일 온라인 게재됐다.
용인=김동성 기자 estar@etnews.com
