네이처 워터(Nature Water)에 보고된 바와 같이, 대기 물 수확기는 북미에서 가장 뜨겁고 건조한 곳인 데스 밸리 국립공원(Death Valley National Park)의 공기에서 반복적으로 물을 추출하기 위해 MOF(금속-유기 골격 metal-organic framework)로 알려진 초다공성 물질을 사용했다.

이 테스트는 기후 변화가 가뭄 조건을 악화시킴에 따라 장치가 어디에서나 깨끗한 물을 제공하여 긴급한 문제를 해결할 수 있음을 보여주었다.

“세계 인구의 거의 1/3이 물 부족 지역에 살고 있다. UN은 2050년에 지구상의 거의 50억 명의 사람들이 연중 상당한 기간 동안 일종의 물 스트레스를 경험할 것이라고 예상한다.”고 MOF를 발명한 버클리 캘리포니아 대학의 화학 교수인 수석 저자 Omar Yaghi는 말한다. "이것은 새로운 물 공급원을 활용하는 것과 매우 관련이 있다."

하이드로겔, 제올라이트 또는 염과 같은 다른 종류의 재료는 저습도 조건에서 에너지 효율적인 방식으로 고용량으로 동시에 작동할 수 없다. MOF로 구동되는 수확기는 식수에서 농업에 이르기까지 모든 것과 관련된 물 부족 문제를 해결할 수 있는 매우 강력한 도구이다. 이 기술은 물이 풍부하지만 깨끗하지 않은 지역에서 순수한 물을 확보하는 데에도 사용할 수 있다.

이 연구는 특별히 설계된 MOF가 사회가 기후 변화에 대처하고 적응하는 데 도움이 될 수 있는 한 가지 방법을 보여준다.

컴퓨팅, 데이터 과학 및 사회의 지구를 위한 디지털 재료 바카 연구소(Bakar Institute of Digital Materials for the Planet(BIDMaP)) 대학의 전문가는 데이터 과학 및 머신러닝을 사용하여 이러한 분자, 재료 및 장치의 설계를 가속화하고 확장하고 있다.

"BIDMaP에서 우리가 하고 있는 일은 분자, 재료, 실제 장치 설계, 효율성 및 성능을 포함하여 재료가 장치에 어떻게 구성되고 맞는지 연결하기 위해 제가 '디지털 혁신 주기'라고 부르는 것을 만드는 것이다."고 BIDMaP의 공동 책임자이자 수석 과학자인 Yaghi는 말한다. "이것들은 모두 연결되어 있고, 각 부분을 최적화해야 최고의 성능을 얻을 수 있다."

연구원들은 캘리포니아 버클리와 캘리포니아 데스 밸리 국립 공원에서 장치를 테스트했다. MOF로 구동되는 이 장치는 데스 밸리의 극도로 낮은 습도 조건과 광범위한 일교차에도 불구하고 두 위치의 공기에서 반복적으로 물을 추출했다.

또한 물을 수확하는 데 매우 효율적이어서 대기 중 증기로 포착한 물의 85~90%를 음용수로 방출한다. 하루에 금속-유기 골격 1kg당 최대 285g의 물을 수확했다. 이는 물 한 컵에 해당하는 양이다.

MOF는 보충하거나 수정하지 않고도 수년 동안 여러 주기 동안 계속 작동할 수 있다. 수명이 다한 MOF는 물에서 배출 없이 지속 가능한 방식으로 분해 및 재조립할 수 있다.

MOF와 장치를 개발한 전문가 팀은 이것이 환경에 어떤 의미가 있는지에 대해 흥분하고 있다. 다른 청정수 생성 기술과 차별화되는 기능 중 하나는 주변 태양광에 의해 완전히 구동되며 실행하는 데 추가 전원이 필요하지 않다는 것이다. 즉, 작동 시 지구 온난화 배출이 발생하지 않는다.

또한 과거 MOF 구동 수확기보다 작으며 핸드백에 들어갈 수 있다. 크기 변경에도 불구하고 장치는 훨씬 더 에너지 효율적이다. 수증기 1제곱미터당 200g의 깨끗한 물을 생산했는데, 이는 MOF로 구동되는 Yaghi의 수확기 팀이 이전에 반복한 물 생산성의 3배 이상이다.

이 초기 프로토타입의 효율성, 크기 및 규모 면에서 추가 개발이 있을 것이다. Yaghi는 데이터 과학 및 머신러닝의 도움으로 언젠가는 가정 기반 MOF 기반 물 수확기와 지역 사회 규모의 물 수확기가 널리 채택되는 것을 볼 수 있을 것이라고 말했다. 요리와 청소를 위한 깨끗한 물을 집에 공급하기 위해 부엌이나 에어컨 옆에 있을 수도 있다. 일부 회사는 이미 이에 대해 작업하고 있다고 그는 말한다.

"개인에게 물 독립성을 부여한다."고 Yaghi는 말한다.

출처: UC Berkeley의 Rachel Leven