그래픽 초록. 크레딧: Cell Reports Physical Science(2024). DOI: 10.1016/j.xcrp.2024.102115
지구의 대기는 유타의 그레이트 솔트레이크를 800번 채울 수 있는 액체인 바다를 보유하고 있습니다. 이러한 수분의 일부를 추출하는 것은 만성적인 식수 부족에 직면한 전 세계 수십억 명의 사람들에게 깨끗한 식수를 제공할 수 있는 잠재적인 방법으로 간주됩니다.
대기 중 물 집수(AWH)를 위한 기존 기술은 크기, 비용 및 효율성과 관련된 수많은 단점을 안고 있습니다. 그러나 유타 대학교 공학 연구진의 새로운 연구는 효율성을 개선하고 세계가 건조한 곳에서 요리용 수원으로 공기를 활용하는 데 한 걸음 더 다가갈 수 있는 통찰력을 제공했습니다.
이 연구는 최초의 소형 고속 사이클링 연료 연소 AWH 장치를 공개합니다. 이 2 단계 프로토 타입은 습기가 없는 공기에서 물 분자를 끌어당기는 흡착제 재료에 의존하고, 그 분자를 액체 형태로 방출하기 위해 열을 가합니다.
"흡습성 물질은 본질적으로 물과 친화력이 있습니다. 그들은 당신이 가는 곳마다 물을 흡수합니다. 가장 좋은 예 중 하나는 기저귀 안에 있는 물건입니다. 우리는 금속 유기 프레임워크라고 하는 특정 유형의 흡습성 물질을 사용합니다."라고 Rao가 말했습니다.
Rao는 금속 유기적 프레임워크를 모든 종류의 구조를 만들기 위해 재배열할 수 있는 레고 블록에 비유했습니다. 이 경우, 이들은 가스 분리에 이상적인 분자를 생성하도록 배열됩니다.
"그들은 공기 중의 수증기를 흡착하도록 특이하게 만들 수 있습니다. 그들은 정말 선택적입니다."라고 Rao는 말했습니다. 이 연구의 주요 저자인 대학원생 네이선 오티즈(Nathan Ortiz)와 함께 개발한 이 프로토타입은 공기가 유입될 때 물을 모으는 패널로 만들어진 알루미늄 푸마르산염을 사용합니다.
"물 분자 자체가 우리 물질의 표면에 갇히게 되는데, 이는 되돌릴 수 있는 과정입니다. 그래서 재료 자체에 뿌리를 내리는 대신 벽에 붙어있습니다."라고 Ortiz는 말했습니다. "이러한 흡수성 소재의 특별한 점은 내부 표면적이 엄청나게 넓다는 것입니다. 물 분자가 붙을 수 있는 곳이 너무 많습니다."
Rao에 따르면 이 물질의 단 1그램은 축구장 두 개와 같은 표면적을 가지고 있습니다. 따라서 약간의 재료만으로도 많은 물을 포착할 수 있습니다.
이 연구는 육군 현대화를 지원하는 기술 이전을 촉진하기 위해 국방부에서 운영하는 프로그램인 DEVCOM Soldier Center에서 지원했습니다. 이 프로젝트에 대한 육군의 관심은 수자원이 거의 없는 외딴 지역에서 작전을 수행하는 동안 병사들에게 수분을 공급해야 할 필요성에서 비롯됩니다.
Rao는 "우리는 군인들이 작고 컴팩트한 물 생성 장치를 가지고 물이 가득 찬 큰 수통을 끌고 다닐 필요가 없도록 방위 응용 분야를 위해 이것을 특별히 살펴보았습니다."라고 말했습니다. "이것은 말 그대로 필요에 따라 물을 생산할 것입니다."
라오(Rao)와 오티즈(Ortiz)는 이 기술을 기반으로 한 예비 특허를 출원했으며, 이 기술은 비군사적 요구도 해결합니다.
"시스템을 설계하면서 더 광범위한 물 문제에 대한 관점도 가지고 있었다고 생각합니다. 이것은 단순한 국방 문제가 아니라 민간인 문제도 포함합니다."우리는 한 가정이 하루에 마실 물을 소비하는 것과 비교하여 생각합니다. 하루에 약 15리터에서 20리터 정도 양이 나오는 셈입니다."
이 개념 증명에서 프로토타입은 흡착제 물질 1kg당 하루에 5리터의 물을 생산한다는 목표를 달성했습니다. Ortiz에 따르면 현장에서 3일이면 이 장치는 물을 포장하는 것보다 성능이 뛰어납니다.
장치의 두 번째 단계에서는 표준 육군 캠핑 스토브를 사용하여 열을 가하여 물을 액체로 침전시킵니다. 이것은 물 수집 과정의 발열 특성 때문에 작동합니다.
공기가 습할 때 더 쉽게 달성할 수 있는 대기 중 물 집수를 위한 초기 기술이 풍부하지만 건조한 환경에서 실용화할 수 있는 장비는 없었습니다. Ortiz는 주로 캠핑 스토브에 사용되는 흰색 휘발유와 같은 에너지 밀도가 높은 연료로 구동되기 때문에 자신의 장치가 최초가 될 수 있다고 믿습니다.
이상의 기사는 2024년 7월 23일 TechXplore에 게재된 “Compact atmospheric water harvesting device can produce water out of thin air”제목의 기사 내용을 편집하여 작성하였습니다.
* 원문정보 출처 : Compact atmospheric water harvesting device can produce water out of thin air (techxplore.com)
* 추가정보 출처 : Compact rapid cycling fuel-fired atmospheric water harvesting device for all-day water production: Cell Reports Physical Science
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