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태양광으로 에너지·물 문제 한 번에 해결…사우디 연구팀 개발

중앙일보 2019.07.10 11:40
독일 작센안할트 주에 설치한 태양광발전소 전경. [중앙포토]

독일 작센안할트 주에 설치한 태양광발전소 전경. [중앙포토]

부산시 기장군 기장읍 대변리에 설치된 ‘해수담수화 플랜트’ 시설. [중앙포토]

부산시 기장군 기장읍 대변리에 설치된 ‘해수담수화 플랜트’ 시설. [중앙포토]

인류는 수자원의 절반을 에너지 생산에 쓰고 있고, 반대로 수자원을 얻기 위한 해수 담수화 시설에서는 엄청난 에너지를 소비한다.
에너지 문제 해결은 물 문제를 낳고, 물 문제 해결은 에너지 수급 문제를 낳고 있는 셈이다. 
 
이런 가운데 물이 부족한 사우디아라비아의 연구팀이 태양광을 이용해 전기는 물론 마실 물까지 생산하는 장치, 그것도 높은 효율로 생산하는 장치를 개발했다.
이 기술이 상업화된다면 인류가 안고 있는 두 가지 큰 과제, 즉 물 문제와 에너지 문제를 한꺼번에 해결할 수 있는 '일석이조'가 될 전망이다.
 
사우디아라비아 킹 압둘라 대학의 펭 왕 교수팀은 10일 네이처 커뮤니케이션스에 게재한 논문을 통해 전기와 물을 동시에 생산하는 기술을 공개했다.
논문의 제목은 '다단계 태양 광전지 멤브레인 증류를 통한 담수와 전기의 동시 생산'이다.
사우디아라비아 킹 압둘라 대학 연구팀이 공개한 장치 개요. 태양에너지로 전기도 생산하고 마시는 물로 생산하는 기술이다. [자료 네이처 커뮤니케이션스]

사우디아라비아 킹 압둘라 대학 연구팀이 공개한 장치 개요. 태양에너지로 전기도 생산하고 마시는 물로 생산하는 기술이다. [자료 네이처 커뮤니케이션스]

연구팀은 논문에서 태양광 발전 장치를 이용해 전력을 생산하는데, 태양광 에너지에서 11% 정도의 효율로 전기를 생산할 수 있다고 설명했다.

또, 전기를 생산하고 나서 버려지는 폐열(일반 태양전지의 경우 흡수한 태양에너지의 80~90%)은 담수 생산에 사용된다는 것이다.
 
이 장치에서는 폐열로 바닷물 또는 오염된 물을 가열해서 수증기를 만들고, 생성된 수증기를 막(膜, 멤브레인)으로 여과해 오염물질을 제거하고, 다시 응축시켜 물을 만들게 된다.
수증기를 만드는 증류(distillation)와 여과 과정, 응축 과정은 여러 번 반복된다.
수증기를 응축할 때 나오는 잠열(潛熱, latent heat) 에너지는 물을 증류할 때 활용함으로써 에너지 효율을 높였다.
 
이를 통해 한 시간에 ㎡당 1.64㎏(1.64L)의 정수된 물을 지속적으로 생산할 수 있다고 밝혔다.
연구팀은 "태양광 발전 내에 수직으로 증류 장치를 설치해 물을 생산할 수 있기 때문에 토지 면적을 줄이고 투자비를 절약할 수 있다는 게 이 장치의 장점"이라고 강조했다.
사우디아라비아 연구팀이 논문에서 밝힌 물 생산량과 전력생산 효율. 물은 1시간에 1L 이상 생산할 수 있고, 전력 생산효율도 10%가 넘는다. [자료 네이처 커뮤니케이션스]

사우디아라비아 연구팀이 논문에서 밝힌 물 생산량과 전력생산 효율. 물은 1시간에 1L 이상 생산할 수 있고, 전력 생산효율도 10%가 넘는다. [자료 네이처 커뮤니케이션스]

연구팀은 또 "이 장치를 대도시 수돗물 공급에 적용할 수는 없지만, 중·소 물 생산 시설로는 충분히 활용할 수 있다"며 "향후 5년 이내에 상업화할 수 있을 것"이라고 전망했다.

 
강찬수 환경전문기자  kang.chansu@joongang.co.kr
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