“공기로 물을 만든다고?”

세계적인 물 부족, 해결 실마리 찾다

공기 중 수분 모아 먹는 물 생산하는 휴대용 시스템

국내 최초 개발

- 기계연, 가방처럼 들고 다니는 ‘휴대용 수분 포집 시스템’ 개발

- 기존 기술 대비 에너지 효율 2배 ↑, 포집 능력 2배 ↑ 향상 

□동·식물 메커니즘에서 착안한 친환경적 기술로 공기 중 수분을 모아 살균해 먹는 물을 생산하는 ‘휴대용 수분 포집 시스템’이 국내 최초로 개발됐다. 향후 군용, 캠핑용, 도서 산간 지역 생존수 생산 시스템 등 다양한 분야의 원천기술에 활용될 것으로 기대된다.

□한국기계연구원(원장 류석현, 이하 기계연) 임현의 연구단장 연구팀은 독자 개발한 ‘휴대용 수분 포집 시스템’을 이용한 약 3kg 물 수확기 상용화를 앞두고 있다. 물 수확 성능과 먹는 물 안정성 검증 등 공인인증기관 성적서를 통해 인증 받았으며, ㈜퓨어시스에 기술이전해 휴대용부터 대용량까지 다양한 제품군 사업화를 계획하고 있다.

<기계연 자연모사연구단 임현의 연구단장과 오선종 책임연구원이 개발한 기존 ‘탁상형 물 수확기(좌)’와 

새로 개발한 ‘휴대용 수분 포집 시스템’으로 만든 ‘가방형(휴대용) 물 수확기(우)’에 대해 설명하고 있다>

□연구팀이 개발한 ‘휴대용 수분 포집 시스템’은 ‘흡착→탈착→응축→살균’ 수분 포집 사이클을 원천기술로 하며, 포집량을 크게 늘렸다. 기존 제습 시스템 대비 2배 이상 에너지 효율이 개선됐다. 또한 수분이 응축되는 냉각핀을 순간 80oC까지 가열해 표면의 박테리아를 1분 내 살균하고 자연 분해가 가능한 친환경 필터로 정수하는 등 안정성을 검증받았다.

□기존 ‘수분 포집 시스템’은 냉각식 제습기와 에어컨 같이 수분 과포화 상태를 조절하기 위한 응축기, 증발기, 압축기 등으로 구성되어 소음, 무게, 냉매 사용에 따른 환경오염의 우려가 있다. 이러한 문제를 개선하기 위해 열전소자*를 이용한 수분 포집 시스템이 개발되고 있지만, 압축기를 사용하는 컴프레셔 타입에 비해 수분 포집의 에너지 효율이 크게 떨어지는 단점이 있다.

   * 열전소자: 열 에너지를 전기 에너지로 변환하거나 전기 에너지를 열 에너지로 변환하는 장치

<수분 포집량과 에너지 효율증가를 위한 수분포집 사이클 원천기술 개념>

□ 연구팀이 개발한 ‘휴대용 수분 포집 시스템’은 기존 열전소자 방식에 비해 2배 이상 포집 능력이 뛰어나다. 열전소자의 발열면을 흡습판으로 이용한 것이 핵심이다. 흡습판의 흡착 모드에서 공기 중 수분을 모으고, 발열모드에서 수분을 응축판으로 전달하는 방식으로 수분 포집 효율을 높였다. 또한 발열면에서 발생하는 고온의 열 에너지가 수분 탈착 시 사용되어 발열면에 의해 발생하는 뜨거운 공기 배출을 줄였다.

□ 포집 능력과 함께 소비 전력도 우수하다. 연구팀은 수분 흡착 과정에서 열전소자에 전력 인가 없이 제습이 가능하도록 설계했다. 하나의 열전 모듈로 수분 흡착, 응축, 살균 모드를 실행할 수 있게 개발하여 소비 전력을 줄일 수 있었다. 규조토와 생분해 고분자로 자연 분해가 가능한 친환경 필터를 만들어 중금속은 물론 나노 크기의 미세플라스틱까지 제거할 수 있는 정수 시스템도 구축했다.

<친환경 규조토 필터모습과 1.1 μm 와 100 nm 크기의 미세 폴리스티렌 입자를 필터한 전자현미경 사진>

□기계연 임현의 연구단장은 “물이 부족한 상황에서 식수를 확보할 수 있는 의미 있는 개발”이라며 “식수 부족, 가뭄 등 해결을 위해 세계 각국의 많은 사람이 안전하게 먹을 수 있는 음용수 생산 시스템 구축에 노력하겠다”고 말했다. 기계연 오선종 책임연구원은 “수분 포집 시스템은 기존 응축시스템이나 흡습 시스템의 원리를 복합해 사용하는 하이브리드 시스템”이라며 “에너지 사용량을 최소화하고 친환경 재료를 활용하는 지속가능형 기술”이라고 밝혔다.

□이번 연구는 환경부 한국환경산업기술원 생태모방 기반 환경오염관리 기술개발사업 ‘생태모방 휴대용 물 수확기 개발’ 과제의 지원을 받아 수행됐다.

<저온.저습 환경 물 수확 시스템>

<기계연 연구팀이 개발한 가방형, 탁상형, 가정용 물 수확기>