나노섬유 멤브레인은 몇 분 안에 염분의 99.9%를 필터링합니다.

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세계보건기구(WHO)는 7억 8,500만 명이 넘는 사람들이 깨끗한 식수 공급원이 부족한 것으로 추산합니다. 지구 표면의 71%가 바닷물로 덮여 있지만 우리는 이 물을 마실 수 없습니다. 전 세계의 과학자들은 해수를 저렴하게 담수화하는 효율적인 방법을 찾기 위해 노력해 왔습니다. 이제 한국 과학자 팀이 몇 분 안에 이를 수행할 수 있는 방법을 찾았을 것입니다.

대부분의 인간 활동에 필요한 담수는 지구상에서 이용 가능한 전체 물의 2.5%만을 차지합니다. 기후 조건의 변화로 인해 강수량이 변하고 강이 건조해지면서 국가들은 역사상 처음으로 물 부족을 선언하게 되었습니다. 바닷물 담수화가 이 문제를 해결하는 가장 쉬운 방법이라는 것은 놀라운 일이 아닙니다. 그러나 이러한 프로세스에는 자체적인 한계가 있습니다. 그러한 제한 중 하나는 막 습윤입니다.

멤브레인을 사용하여 해수를 여과하는 경우 멤브레인은 장기간 건조한 상태를 유지해야 합니다. 막이 젖으면 여과 과정이 효과적이지 않게 되고 다량의 염이 막을 통과하게 됩니다. 장기간 작동 시 점진적인 멤브레인 습윤 현상이 정기적으로 관찰되었으며 이는 멤브레인을 교체하면 해결됩니다.

한국건설기술연구원(KICT) 우윤철 연구원과 그의 팀은 습윤에 덜 민감하고 장기적으로 안정적인 멤브레인을 개발했습니다.

멤브레인은 3차원 계층 구조로 제작된 나노섬유로 만들어졌으며, 이는 전기방사라고 불리는 일종의 나노기술을 사용하여 달성되었습니다. 이 기술을 사용하여 연구원들은 소수성, 즉 발수성이 높은 막을 제작할 수 있었습니다.

막의 소수성 특성은 물 분자가 통과하지 못하도록 설계되었기 때문에 도움이 됩니다. 대신, 온도 차이가 멤브레인의 양면에 적용되어 한쪽 끝의 물이 수증기로 증발하게 됩니다. 멤브레인은 수증기를 통과시킨 후 더 차가운 쪽으로 응축됩니다. 막 증류라고 불리는 이는 막을 이용한 담수화에 일반적으로 사용되는 방법입니다. 소금 입자는 기체 상태로 변환되지 않기 때문에 막의 한쪽에는 남겨져 반대쪽에는 고도로 정제된 물이 제공됩니다.

또한 한국 연구진은 멤브레인 제조 공정에 실리카 에어로겔을 사용하여 멤브레인을 통한 수증기의 흐름을 더욱 향상시켜 담수화수에 더 빠르게 접근할 수 있게 했습니다. 팀은 30일 동안 연속 작동에 대한 기술을 테스트한 결과 멤브레인이 습윤 문제 없이 계속해서 99.9%의 염분을 걸러내는 것을 발견했습니다.

이번 연구 결과는 Journal of Membrane Science에 게재되었습니다.