로체스터 대학교(University of Rochester) 연구진이 바닷물을 식수로 바꾸는 혁신적인 태양열 담수화 시스템을 개발했습니다. 이 기술은 기존 담수화 방식의 고질적인 문제였던 에너지 집약성, 화학 첨가물 사용, 그리고 해양 생태계를 위협하는 염수(brine) 부산물 배출 문제를 해결합니다. 특히, 담수화 과정에서 남은 염분을 거의 100% 고체 형태로 추출하여 식수 공급과 자원 회수라는 두 마리 토끼를 동시에 잡을 수 있다는 점에서 큰 주목을 받고 있습니다.
이 기술의 핵심은 펨토초 레이저로 미세하게 에칭(etching)한 '초흡수성(superwicking) 검은 금속 패널'입니다. 이 패널은 빛을 매우 효율적으로 흡수하고 물을 강하게 끌어당기는 특성을 가집니다. 레이저 처리된 활성 영역은 얇은 물층을 끌어올려 태양 복사 에너지를 흡수, 물을 증류합니다. 이때 남은 염과 미네랄은 패널의 처리되지 않은 '수동 영역'으로 이동하는데, 이는 '커피 링 효과(coffee ring effect)'를 활용한 것으로, 염분이 활성 영역을 막아 담수화 효율을 떨어뜨리는 문제를 방지합니다. 실제 태평양, 대서양, 인도양의 바닷물 시료 테스트에서도 패널 표면이 자가 세정되는 효과가 확인되었으며, 효율 저하 없이 담수 추출이 가능했습니다.
이 새로운 담수화 방법의 가장 큰 장점은 염수를 폐기물로 버리지 않고 유용한 자원으로 전환한다는 점입니다. 추출된 고체 염분은 식탁용 소금으로 활용될 수 있을 뿐만 아니라, 전기차 배터리에 사용되는 리튬(lithium)과 같은 귀중한 광물을 추출하는 데도 쓰일 수 있습니다. 연구팀은 그레이트 솔트 레이크(Great Salt Lake) 물 시료 실험에서 담수화 후 남은 염분에서 약 50%의 리튬을 추출하는 데 성공했습니다. 이는 지표에서 리튬을 채굴하는 방식이 에너지 및 환경 측면에서 부담이 크다는 점을 고려할 때, 소금물에서 직접 리튬을 얻는 중요한 미래 경로가 될 수 있음을 시사합니다.
유엔(UN) 추산에 따르면 전 세계 22억 명이 안전하게 관리되는 식수를 이용하지 못하고 있으며, 캘리포니아에서 중동에 이르는 많은 지역사회는 담수화 시설에 의존하고 있습니다. 기존 역삼투압이나 열 증류 방식은 막대한 에너지와 전처리·후처리 과정을 필요로 하며, 고농축 염수 부산물은 해양 생태계에 심각한 피해를 줍니다. 로체스터 대학교의 이번 연구는 이러한 환경 및 자원 문제를 동시에 해결할 잠재력을 보여주며, 소규모 분산형 시스템으로 확장될 경우 전 세계 식수 접근성 개선과 귀중 광물 공급망의 지속가능성에 크게 기여할 수 있을 것으로 기대됩니다.