세계의 많은 지역에서는 깨끗한 물이 부족하므로 많은 비용을 들여 확보해야 합니다. 바다 근처의 공동체에서는 이러한 목적으로 바닷물을 담수화할 수 있지만 그렇게 하려면 많은 양의 에너지가 필요합니다. 해안에서 더 멀리 떨어진 곳에서 실제로 유일하게 남은 옵션은 냉각을 통해 대기 습도를 응축하는 것입니다. 고에너지 입력 또는 낮과 밤 사이의 온도 변화를 활용하는 "수동" 기술을 사용합니다. 그러나 집수 포일과 같은 현재의 수동 기술로는 밤에만 물을 추출할 수 있습니다. 이는 낮 동안 태양이 포일을 가열하여 응결이 불가능하기 때문입니다.
자가 냉각 및 방사선 보호
ETH Zurich의 연구원들은 이제 다음을 개발했습니다. technology 최초로, 심지어 뜨거운 태양 아래에서도 에너지 투입 없이 24시간 내내 물을 수확할 수 있게 되었습니다. 새로운 장치는 기본적으로 특수 코팅된 유리판으로 구성되어 있으며, 이는 태양 복사를 반사하고 자체 열을 대기를 통해 외부 공간으로 방출합니다. 따라서 주변 온도보다 섭씨 15도(화씨 59도)까지 스스로 냉각됩니다. 이 유리창 아래쪽에서는 공기 중의 수증기가 물로 응결됩니다. 이 과정은 겨울에 단열이 제대로 되지 않은 창문에서 관찰할 수 있는 것과 동일합니다.
과학자들은 특별히 설계된 폴리머와 은층으로 유리를 코팅했습니다. 이 특수 코팅 방식을 사용하면 대기에 흡수되거나 유리창에 다시 반사되지 않고 유리창이 특정 파장 범위의 적외선을 외부 공간으로 방출할 수 있습니다. 장치의 또 다른 핵심 요소는 새로운 원뿔 모양의 방사선 차폐막입니다. 이는 대기로부터의 열 복사를 크게 편향시키고 들어오는 태양 복사로부터 유리판을 보호하는 동시에 장치가 앞서 언급한 열을 외부로 방출하여 완전히 수동적으로 자체 냉각되도록 합니다.
이론적 최적에 가깝다
취리히의 ETH 건물 옥상에서 실제 조건에서 새 장치를 테스트한 결과, 이 신기술은 호일을 기반으로 한 현재 최고의 패시브 기술인 소형 파일럿보다 면적당 하루에 최소 두 배 더 많은 물을 생산할 수 있음을 보여주었습니다. 유리창 직경이 10센티미터인 시스템은 실제 조건에서 하루에 4.6밀리리터의 물을 공급했습니다. 더 큰 유리창을 갖춘 더 큰 장치는 그에 따라 더 많은 물을 생산할 것입니다. 과학자들은 이상적인 조건에서 시간당 유리판 표면 제곱미터당 최대 0.53데시리터(약 1.8액량 온스)의 물을 수집할 수 있음을 보여줄 수 있었습니다. 이는 시간당 0.6데시리터(2.03온스)라는 이론적 최대값에 가깝고, 물리적으로 초과하는 것은 불가능합니다.
다른 기술에서는 일반적으로 응축수를 표면에서 닦아내야 하는데, 이를 위해서는 에너지가 필요합니다. 이 단계가 없으면 응축된 물의 상당 부분이 표면에 달라붙어 사용할 수 없게 되고 추가 응축을 방해하게 됩니다. 연구원들은 수분 응축기의 유리창 아래쪽에 새로운 초소수성(극도로 발수성) 코팅을 적용했습니다. 이로 인해 응축된 물이 구슬 모양으로 솟아오르거나 저절로 튀어오르게 됩니다. “다른 기술과 달리 우리 기술은 추가 에너지 없이 실제로 작동할 수 있다는 점이 핵심 장점입니다.
연구진의 목표는 물 부족 국가, 특히 개발도상국과 신흥 국가를 위한 기술을 개발하는 것이었습니다. 이제 그들은 다른 과학자들이 이 기술을 더욱 발전시키거나 이를 담수화와 같은 다른 방법과 결합하여 생산량을 늘릴 수 있는 기회를 갖게 되었다고 말합니다. 코팅된 판유리의 생산은 상대적으로 간단하며 현재 파일럿 시스템보다 더 큰 건물 콘덴서가 가능해야 합니다. 방식과 비슷함 태양 전지 여러 모듈이 나란히 설치되어 있는 특징이 있으며, 여러 개의 응축기를 나란히 배치하여 대규모 시스템을 구성할 수도 있습니다.