미래기술/미래전망/첨단산업

Nikkei Business_2019. 3.25 테크노 트랜드 (p98~100)

공기로 음료수를 만드는 장치 개발
결로로 세계를 물 부족에서 구한다

공기로 물을 만들어 내는 장치의 실용화가 진행되고 있다. 냉각 장치로 발생시킨 결로를 저장해 마실 수 있게 정화시킨다. 정전이 되어도 사용할 수 있도록 발전기를 탑재한 장치도 등장했다. 재난 피해 지역에서 이용할 수 있을 것으로 예상된다. 인구 증가와 기후 변동으로 심각해 지고 있는 세계적인 물 부족을 공기가 해소해 줄 수 있을지에 기대가 모아 지고 있다.

폭발적인 인구 증가와 기후 변동에 따른 가뭄으로 세계적인 물 부족이 우려되고 있다. 미국 싱크탱크인 세계자원연구소는 2040년까지 중동, 중앙 아시아, 북아프리카를 중심으로 한 33개국의 물 부족이 심각한 수준에 이르게 될 것으로 예상하고 있다. 경제협력개발기구(OECD)는 2050년에 세계 인구의 40%에 상당하는 39억명이 극심한 물 부족에 처하게 될 것이라고 경고했다. 어떠한 대처도 하지 않는다면 사회 불안으로 이어질 수 있다.

여객기의 폐자재로 집을 건축하는 등 자연 환경을 배려한 작품으로 유명한 미국의 건축가 데이빗 허츠 씨는 기상천외한 아이디어로 환경 구제에 나서고 있다. “대기 중의 수증기를 모두 모은다면 14경(京) 리터(경은 10의 16승)의 물이 된다. 지구 전체를 3cm 높이의 물로 커버할 수 있는 양이다. 세계적인 물 부족을 공기가 해결해 줄 것이다”. 지구상의 담수는 흐르는 하천보다 대기 중에 더 많은 양이 포함되어 있다. 그럼에도 불구하고 거의 활용되고 있지 않다고 한다.

허츠 씨는 지인과 공동으로 ‘물 발생 장치’를 개발하기 위해 2016년에 미국 스카이소스를 설립. 2년간의 시행착오를 거쳐 2018년 10월에 미국 X프라이즈 재단이 주관하는 기술 콘테스트 ‘Water Abundance XPRIZE’에서 우승해 주목을 받았다. 재생 가능 에너지만을 사용해 공기로부터 하루 2,000리터 이상의 물을 1리터당 2센트(약 2엔) 이하로 만들어 낸다는 난제를 해결해 150달러(약 1억6,500만엔)의 상금을 거머쥐었다.

구조는 간단하다. 공기의 온도를 낮춤으로써 공기 중의 수증기를 물로 바꿀 수 있다. 차가운 유리잔이나 창문의 표면에 결로가 생기는 것과 같은 원리이다. 발생한 결로를 한 곳에 모아 정화시켜 마실 수 있게 한다. 이스라엘의 워터젠이나 미국 에콜로블루도 동일한 방식의 물 발생 장치를 제작하고 있다.

스카이소스의 장치는 발전기에서 냉각 장치까지 모든 기기를 컨테이너 1개에 결집시켜 놓은 것이 특징이다. 정전 등으로 전원이 확보되지 않는 지역일지라도 트럭으로 컨테이너를 운반하면 음료수를 만들어 낼 수 있다.

허츠 시는 “지진 및 쓰나미로 인해 대량으로 발생한 기왓조각과 돌을 활용해 발전(發電)한다면 자연재해가 많은 일본의 피해자에게 깨끗한 물을 공급할 수 있다”라고 말한다.

-- 1기로 1,670명분의 음료수 제작 --
컨테이너에는 바이오매스(생물자원)를 원료로 사용하는 발전기가 탑재되어 있다. 여기에서는 기왓조각과 돌 속에서 분리한 목재, 농사나 가지 치기로 발생한 나뭇잎이나 가지 등 식물성 폐기물을 원료로 한다. 1리터의 물을 2센트 이하의 비용으로 만들어 낼 수 있었던 것은 거의 공짜로 발전기의 원료를 손에 넣을 수 있기 때문이다. 이것들을 탱크에 넣어 공기가 적은 상태에서 가열해 불완전 연소시킨다.

그렇게 하면 열분해로 불리는 화학 반응이 일어나 가연성 가스가 발생된다. 이것을 이용해 가스 엔진을 가동시켜 냉각 장치에 전기를 공급한다. 바이오매스의 남은 가스는 비료로 이용하는 등 철저하게 환경을 배려한 설계로 구성되어 있다.

열분해 과정에서는 수증기도 발생한다. 외부 공기와 함께 공기 필터를 통해 정화시킨 후, 냉각 장치로 돌려보내 냉각부의 표면에 결로를 생성시킨다. 결로를 충분한 양이 될 때까지 모은 다음, 오존을 사용해 살균한다. 활성탄 필터로 여과시켜 불순물을 제거. 이렇게 하루 당 2,000리터의 음료수를 만드는 것에 성공했다.

도쿄도 수도국에 따르면 도쿄의 가정에서 하루에 사용되는 수량은 1인당 평균 219리터이다. 스카이소스 제품의 컨테이너 1기로 약 9명분의 생활 용수를 충당할 수 있다는 계산이 나온다.

물을 아껴 쓴다면 보다 많은 양의 물 수요에 대응할 수 있다. 예를 들어 체중 60kg인 성인 남성이 하루에 마시는 물의 양은 식사 내용 등에 따라 달라지지만, 일반적으로 최저 1.2 리터로 책정된다. 2,000리터의 물이 확보된다면 약 1,670명에 필요 최소한의 음료수를 제공할 수 있다는 계산이다. 이는 피해 지역의 물 확보에 크게 공헌할 수 있을 전망이다.

물의 공급률이 더욱 큰 장치도 존재한다. 스카이소스의 2,5배에 상당하는 5,000리터의 음료수를 하루 만에 만들어 내는 대형 물 발생 장치를 실용화한 것이 워터젠이다. 수도관이 없는 마을이나 외지의 공장으로의 설치를 상정한다. 피해 지역용으로는 하루에 600리터를 공급할 수 있는 장치를 실은 소형 트럭을 개발했다. 피해 지역에 신속하게 이동하여 음료수를 공급할 수 있다.

그 밖에도 에코로블루는 하루 1만리터의 물을 만드는 초대형의 장치를 수주 생산하고 있다. 수 십대를 나열해 하루 40만리터의 물을 만들어 내는 기지를 사막 등의 건조 지대에 건설하는 구상도 가지고 있다. 냉각 장치를 가동시키는데 필요한 전력은 풍력 발전 및 태양광 발전으로 확보해 근처 도시에 수도관이나 트럭으로 물을 공급한다. 에콜로블루는 가정 및 사무실용으로 워터 서버형의 소형 물 발생 장치도 개발했다. 일본 국내에서도 대리점을 통해 판매하고 있다.

-- 높아지는 물 부족의 불안감, 공기로 완화 --
전세계적으로 물 부족을 둘러싼 각지에서의 긴장감이 고조되고 있다. 이집트 정부는 나일강의 상류에 거대한 댐을 건설 중인 이디오피아 정부에 반발. 음료수 및 농업용수의 공급원을 손에 넣기 위한 경계를 높이고 있다. 작년 여름에는 이라크 남부에서 단수를 반복하는 정부의 공공 서비스에 항의하는 폭동이 발생되었다. 미국 캘리포니아 주 등에서는 물 부족으로 음료 생산에 영향을 미칠 수 있다는 우려가 높아지고 있다. 일본에서도 피해 지역에 단수가 길어 지게 되면 화장실이나 샤워 시설을 이용하지 못하게 되어 피해 주민들이 상당한 스트레스를 받게 된다.

허츠 씨는 “물 부족에 고민하는 지역의 비영리 단체와 협력해 물 발생 장치를 전세계에 설치해 나가고 싶다”라고 강조한다. 어디에서든 무료로 손에 넣을 수 있는 공기가 물 부족으로부터 인류에게 안정을 가져다 줄 수 있을지 그 귀추가 주목된다.

 -- 끝 --