재난 현장에서는 물 공급과 전력망이 모두 중단되는 일이 흔합니다. 이와 관련하여 언젠가는 배터리에 저장할 수 있는 소량의 전기만 사용하여 해수를 식수로 담수화하는 새로운 시스템이 유용할 수 있습니다.
현재 가장 많이 사용되는 담수화 방법은 역삼투압 방식이다. 간단히 말해서, 물 분자는 통과하지만 염(염화나트륨) 분자는 통과하지 못하는 투과성 막을 통해 바닷물을 강제로 통과시키는 방식으로 작동합니다. 이는 효율적인 공정이지만 필요한 미는 수압을 생성하는 데 상당한 에너지가 필요합니다. 또한 멤브레인은 결국 갇혀 있는 염분으로 인해 막히게 되므로 교체해야 합니다.
영국 배스(Bath), 스완지(Swansea), 에딘버러(Edinburgh) 대학의 과학자들이 개발한 실험적인 새로운 시스템은 압력을 전혀 사용하지 않습니다. 대신, 한쪽 끝에는 양전하를 띤 전극이 있고 다른 쪽 끝에는 음전하를 띤 전극이 있고 그 사이에 다공성 막을 갖춘 용기가 들어 있습니다.
바닷물을 넣으면 소금 분자의 양전하를 띤 나트륨 이온은 음전하를 띤 전극으로 끌어당겨지고, 음전하를 띤 염화물 이온은 양전하를 띤 전극으로 끌어당겨집니다. 염화물 이온이 막을 가로질러 양극을 향해 이동함에 따라 물(H2O) 분자도 막을 가로질러 밀어냅니다. 나트륨 이온은 음극으로 끌려가 막의 원래 면에 남아 있습니다. 그런 다음 염화물 이온은 다시 이쪽으로 재활용되어 더 많은 물 분자를 밀어낼 수 있습니다. 결국 대부분의 물은 염이 전혀 없는 막의 양극 쪽으로 흘러갑니다.
지금까지 시스템은 한 번에 몇 밀리리터의 물로만 테스트되었습니다. 따라서 연구자들은 1리터의 물을 처리할 수 있는 기술 개발을 도와 실제 시스템에 얼마나 많은 전력이 필요한지 더 잘 이해할 수 있는 파트너를 찾고 있습니다.
수석 과학자인 바스 대학교의 Frank Marken 교수는 "현재 역삼투는 전력 집약적이며 물을 담수화하기 위한 전용 발전소가 필요하므로 소규모로 구현하기가 어렵습니다. 우리의 방법은 부산물 없이 물을 추출할 수 있고 산업 규모의 처리 공장을 포함하지 않기 때문에 에너지를 절약할 수 있는 소규모 대체 솔루션을 제공할 수 있습니다."라고 말했습니다.
이번 연구 논문은 최근 출간된 학술지 'ACS Applied Materials and Interfaces'에 게재됐다.