태양광

과학자들은 태양 에너지를 사용하여 바닷물에서 염분을 제거하여 안전한 식수를 생산하는 저비용 고효율 기술을 개발했습니다.

미국 물리학 연구소

이미지: 태양열 담수화 장치는 심지 물질, 단열재, 티타늄이 포함된 종이 기반 태양광 흡수재의 세 가지 층으로 구성됩니다.더보기

크레딧: Chao Chang

워싱턴, 2021년 4월 27일 -- 지구상에 엄청난 양의 물이 있음에도 불구하고, 그 중 대부분은 마실 수 없는 바닷물입니다. 담수는 전체의 약 2.5%에 불과해 세계의 많은 지역이 심각한 물 부족을 겪고 있습니다.

AIP Publishing의 AIP Advances에서 중국의 과학자들은 태양 에너지로 구동되는 고효율 담수화 장치의 개발을 보고합니다. 이 장치는 태양 에너지를 흡수할 수 있는 티타늄 함유 층, TiNO 또는 티타늄 질화물 산화물로 구성됩니다. TiNO는 태양열 흡수체가 바닷물 위에 떠오를 수 있도록 특수한 유형의 종이와 폼 위에 증착됩니다.

햇빛이 티타늄 층에 닿으면 빠르게 가열되어 물을 증발시킵니다. 경사진 석영 지붕이 있는 투명한 용기에 장치를 배치하면 수증기가 응축되어 수집되어 풍부한 양의 담수를 생성할 수 있습니다.

"태양 에너지 분야에서 TiNO는 태양열 온수 시스템과 광전지 장치에 널리 사용되는 일반적인 상업용 태양열 흡수 코팅입니다"라고 저자인 Chao Chang은 말했습니다. "태양열 흡수율이 높고 열 방출량이 낮아 태양 에너지를 열에너지로 효과적으로 변환할 수 있습니다."

연구진은 마그네트론 스퍼터링(magnetron sputtering)으로 알려진 기술을 사용하여 TiNO 층을 증착하는 방법을 개발했습니다. 그들은 해수 저장소에서 물을 공급하기 위한 심지 물질 역할을 하는 에어레이드 종이(airlaid paper)로 알려진 특수 유형의 다공성 종이를 사용했습니다. 에어레이드 종이는 목재 섬유로 만들어지며 일반적으로 일회용 기저귀에 사용됩니다.

증발 장치는 세 부분으로 구성됩니다: 상단의 TiNO 층, 단열재, 하단의 에어레이드 종이. 단열층은 폴리에틸렌 폼으로, 공기가 채워진 기공이 많아 열을 가두어 다층 장치가 해수 저장소 위에 떠 있을 수 있도록 하여 주변으로의 열 손실을 최소화합니다.

TiNO 태양열 흡수체의 기판으로 사용되는 다공성 공기담지 종이는 30회 이상 재사용 및 재활용될 수 있다고 Chang은 말했습니다.

TiNO 표면에 염분이 석출되면 효율을 방해할 수 있지만, 연구진은 오랜 시간이 지난 후에도 표면에 염층이 형성되지 않음을 발견했습니다. 그들은 종이의 다공성 특성이 표면에 형성될 수 있는 염분을 흡수하여 해수 저장소로 되돌려 보낸다고 제안합니다.

일반 바닷물의 염도는 리터당 75,000mg이 넘습니다. 일반 식수는 리터당 약 200mg의 염분을 함유하고 있습니다. 담수화 장치는 바닷물 염도를 리터당 2mg 미만으로 줄일 수 있었습니다.

이 담수화 기술의 저비용, 고효율, 오염 방지의 결합은 전 세계의 담수 부족 문제를 해결하는 데 도움이 될 수 있는 잠재력을 가지고 있음을 보여줍니다.

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"고효율 해수 담수화를 위한 다공성 TiNO 태양열 구동 계면 증발기"라는 기사는 Chao Chang, Min Liu, Lilin Pei, Guowei Chen, Zongyu Wang 및 Yulong Ji가 작성했습니다. 이 기사는 2021년 4월 27일 AIP Advances(DOI: 10.1063/5.0047390)에 게재됩니다. 해당 날짜 이후에는 https://aip.scitation.org/doi/10.1063/5.0047390에서 액세스할 수 있습니다.

저널 소개

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AIP 발전

10.1063/5.0047390

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