[쿠키과학]공기 수분에서 먹는 물 만드는 휴대용 시스템

기계연 자연모사연구단, 국내 최초 휴대용 수분 포집시스템 개발
저에너지로 물 생성, 중금속 제거 정수시스템 갖춰
재난용, 군사용, 캠핑용 등 다양한 젶ㅁ 사업화 진행

국내 최초 ‘휴대용 수분 포집시스템’을 개발한 임현의 자연모사연구단장(왼쪽)과 오선종 책임연구원. 한국기계연구원 

한국기계연구원(이하 기계연) 임현의 자연모사연구단장 연구팀이 동식물 메커니즘에서 착안한 친환경적 자연모사 기술로 공기 중 수분을 모아 살균한 물을 생산하는 ‘휴대용 수분 포집시스템’을 국내 최초로 개발했다.

아울러 연구팀은 물 수확 성능과 먹는 물 안정성 검증 등 공인인증기관 성적서를 인증 받았다. 또 이 시스템을 이용한 3㎏급 물 수확기 상용화를 진행 중으로, 관련 기술을 ㈜퓨어시스에 이전해 휴대용부터 대용량까지 다양한 제품군 사업화를 계획 중이다.

이 기술이 상용화되면 재난대응이나 군사용은 물론 격오지 식수생산, 캠핑 등 다양한 분야에서 활용될 것으로 기대된다.

특히 이번 기술은 기존 응축시스템이나 흡습시스템의 원리를 복합 사용하는 하이브리드시스템으로, 에너지 사용량을 최소화하고 친환경 재료를 활용하는 지속가능형 기술 더욱 주목받는다.

‘휴대용 수분 포집시스템’의 다양한 상용화 예시. 한국기계연구원

친환경 휴대용 식수 생산 시스템 

이번에 개발한 ‘휴대용 수분 포집시스템’은 ‘흡착-탈착-응축-살균’ 과정을 거치는 수분포집 사이클을 원천기술로 한다.

이를 활용해 연구팀은 기존 제습시스템보다 2배 이상 에너지 효율을 개선하고, 수분이 응축되는 냉각핀을 순간 80℃까지 가열해 표면 박테리아를 1분 내 제거하고, 자연 분해가 가능한 친환경 필터로 정수하는 등 안정성을 확보했다.

수분 포집량과 에너지 효율증가를 위한 수분포집 사이클 원천기술 개념. 한국기계연구원

기존 ‘수분 포집시스템’은 냉각식 제습기와 에어컨처럼 수분 과포화 상태를 조절하기 위한 응축기, 증발기, 압축기 등으로 구성돼 무겁고 소음이 크며 냉매사용에 따른 환경오염 우려도 있다.

이를 극복하기 위해 열전소자를 이용한 수분 포집시스템이 개발되고 있지만, 압축기를 사용하는 컴프레셔 형식에 비해 수분 포집 에너지효율이 크게 떨어지는 단점이 있다.

연구팀이 개발한 ‘휴대용 수분 포집시스템’은 기존 열전소자 방식보다 2배 이상 포집 능력이 뛰어나다.

특히 열전소자의 발열면을 흡습판으로 이용, 흡착모드에서 공기 중 수분을 모으고 발열모드에서 수분을 응축판으로 전달하는 방식으로 수분 포집효율을 높였다. 또 발열면에서 발생하는 열 에너지를 수분 탈착 시 사용해 열기 배출을 줄였다.

저온저습 환경 물 수확시스템. 한국기계연구원

이 시스템은 수분 흡착과정에서 열전소자에 전력 인가 없이 제습이 가능하도록 설계해 소비전력이 우수한 장점도 있다. 실제 연구팀은 하나의 열전모듈로 수분 흡착과 응축, 살균모드를 실행할 수 있도록 개발함으로써 소비전력을 줄였다.

이와 함께 규조토와 생분해 고분자로 자연분해가 가능한 친환경 필터를 만들어 중금속은 물론 나노크기 미세플라스틱까지 제거할 수 있는 정수시스템도 갖췄다.

친환경 규조토 필터모(왼쪽), 1.1㎛와 100㎚ 크기 미세 폴리스티렌 입자를 필터한 전자현미경 사진. 한국기계연구원

임 단장은 “이번 연구는 물이 부족한 상황에서 식수를 확보할 수 있는 의미 있는 성과로, 세계의 많은 사람이 안전하게 마실 음용수 생산에 기여할 것”이라고 설명했다.

한편 이번 연구는 환경부 한국환경산업기술원 ‘생태모방 휴대용 물 수확기 개발’ 과제 지원을 받아 수행됐다.
이재형 기자 jh@kukinews.com