MIT(메사추세츠공대) 공학자들이 건조한 지역에서도 공기 중의 수분을 대량 흡수할 수 있는 초흡수성 젤을 개발했다고 대학 소식을 알리는 MIT뉴스가 전했다. 젤은 소금 분자가 주입된 고분자로 만들어졌다. 젤은 소량의 수증기에 노출돼도 소금 분자가 물 분자를 끌어당겨 젤 안으로 흡수한다. 게다가 적은 양의 젤로도 건조한 지역에서 상당한 양의 물을 제공할 수 있다고 한다.
MIT 공학자들은 “사막과 같은 조건에서도 공기로부터 기록적인 양의 수분을 흡수할 수 있는 초흡수 물질”이라고 전했다. 젤이 수증기를 흡수하면 부풀어 더 많은 수분을 저장하는 공간을 만든다. 상대습도가 30%인 매우 건조한 조건에서도 젤은 공기에서 수증기를 빨아들여 새지 않고 수분을 유지할 수 있다. 그런 다음 물을 가열하고 응축해 초순수로 수집할 수 있다.
투명하고 고무 같은 젤은 일회용 기저귀에도 사용되는 천연 흡수성 소재 하이드로겔로 만들어졌다. 연구팀은 하이드로겔에 소금의 일종으로 강력한 건조제로 알려진 염화리튬을 주입해 흡수성을 높였다.
연구원들은 이전 연구에서 밝혀진 것보다 더 많은 소금을 하이드로겔에 주입할 수 있음을 발견했다. 그 결과, 그들은 젤이 매우 건조한 조건을 포함한 다양한 습도 수준에서 전례 없는 양의 수분을 흡수하고 유지하는 것을 관찰했다.
젤이 신속하게 대규모로 만들어질 수 있다면 물 수확기로 사용될 수 있을 것이라는 기대다. 특히 사막과 가뭄에 취약한 지역에서는 이 젤이 수증기를 지속적으로 흡수한 다음 식수로 응축될 수 있다. 연구원들은 또한 그 물질이 에너지를 절약하고 제습하는 요소로서 에어컨 장치에도 쓰일 수 있다고 판단했다. MIT 연구원 카를로스 디아즈-마린은 이 재료가 저렴한 비용과 높은 성능으로 인해 상용화 가능성이 매우 높다고 말했다.
MIT 연구팀은 에너지와 물 문제를 해결하기 위한 새로운 재료를 개발하고 있다. 공기 중에서 물을 수확하는 방법으로 상당 기간 하이드로겔을 연구해 왔다. 하이드로겔은 물과 가교 고분자로 만들어진 미끄럽고 신축성 있는 젤이다. 하이드로겔은 물과 접촉하면 팽창하고 많은 양의 물을 흡수할 수 있기 때문에 수년 동안 기저귀에서 사용됐다. 이를 소금과 혼합하는 실험을 통해 식수를 만드는 데 응용한 것이다. 하이드로겔은 많은 물을 저장하는 부문에서, 소금은 많은 수증기를 흡수할 수 있다는 점에서 세계 최고로 꼽히는 재료다.
MIT 팀이 어려움을 겪었던 부분은 젤에 넣을 수 있는 소금의 양이 제한적이라는 점이었다. 연구 결과 가장 성공적인 샘플은 폴리머 1g당 4~6g의 소금을 주입한 하이드로겔이었다. 이 샘플은 상대습도가 30%인 건조한 조건에서 재료 1g당 약 1.5g의 증기를 흡수했다.
흡수량을 늘리기 위해 MIT 팀은 폴리아크릴아미드(일반적인 하이드로겔)와 염화리튬(초흡수성 소금)으로 실험을 수행했다. 하이드로겔 튜브를 표준 혼합 방법으로 합성한 후, 튜브를 얇은 디스크로 자르고 각각의 디스크를 다른 소금 농도의 염화리튬 용액에 떨어뜨렸다. 그들은 매일 용액에서 디스크를 꺼내어 무게를 재고 젤에 주입된 소금의 양을 결정한 다음 용액으로 되돌렸다.
실험 과정을 통해 팀은 수증기는 흡수하되 새지는 않고, 부풀어 오르면서 더 많은 수분을 흡수할 수 있는 젤을 개발하게 됐다. 가장 주목할 만한 것은 사막과 같은 건조한 기후에서도 젤이 재료 1g당 1.79g의 물을 포착하는 데 성공했다는 점이었다. 초흡수성으로 사막에서도 밤에 물을 만들어 낼 수 있게 된 것이다. 연구팀은 "간단한 접근법으로 지금까지 보고된 것 중 가장 높은 수증기 흡수율을 가진 젤을 개발한 것은 예상치 못한 결과였다"면서 "앞으로는 얼마나 빨리 물을 흡수할 수 있을 것인지, 다량의 물을 얻는 방법은 무엇인지 등에 대한 추가 연구가 진행될 것“이라고 전했다. 젤을 빠르게 순환할 수 있다면, 하루에 한 번 회수하는 물을 하루 24번으로 늘릴 수 있게 된다.
이 연구는 미국 에너지효율 및 재생에너지 사무소와 스위스 국립과학재단의 지원을 받아 이루어졌다. 연구 논문은 어드밴스트머티리얼즈 최신호에 실렸다.
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