‘분자 스펀지’ 장치, 건조한 사막 공기에서 물을 만든다

ㅡ “물 부족·수질오염으로 고통받는 20억 명에게 큰 도움”

원문 링크 보기: https://www.theearthandi.org/post/molecular-sponge-machine-sucks-water-from-the-driest-desert-air

가뭄이 심한 지역이나 오염, 기생충 감염, 재해 등으로 깨끗한 식수를 구하기 어려운 사람들에게 이 신기술은 생명의 은인이 될 수 있다. ©Pixabay

세계에서 가장 건조한 지역의 물 안보를 재정의할 수 있는 획기적인 성과로, 2025년 노벨 화학상 수상자 3인 중 한 명인 오마르 야기 교수가 혁신적인 장치를 공개했다. 이 장치는 제작 규모에 따라 매일 대기 중에서 최대 1,000리터의 깨끗한 식수를 추출할 수 있다.

건조한 기후에서는 제 기능을 하지 못하는 기존의 제습기와 달리, 이 장치는 습도 20%의 극한 환경에서도 작동하므로 현재 안전하거나 충분한 물을 공급받지 못하는 전 세계 20억 명에게 잠재적인 생명줄이 될 수 있다.

이 혁신의 핵심은 야기 교수가 개척한 합성 다공성 물질인 금속-유기 골격체(MOFs)에 있다. 이는 2025년 노벨 화학상 공동 수상자인 리처드 롭슨과 기타가와 스스무의 연구를 바탕으로 한 것이다. 이들의 조화 네트워크 및 다공성 고분자에 대한 선행 연구가 이 새로운 분야의 토대를 마련했다. MOF는 ‘분자 스펀지’ 역할을 하는데, 내부 표면적이 워낙 방대하여 1g의 내부 면적을 펼쳐 놓으면 축구장 하나를 덮을 정도이다. 야기 교수는 ‘물질의 재구상’을 통해 이러한 기공과 터널의 ‘화학적 점착성’을 공학적으로 설계함으로써 다른 가스는 배제하고 물 분자만을 선택적으로 끌어당기는 소재를 개발했다.

이 과정은 놀라울 정도로 효율적이며 별도의 전력 공급이 필요하지 않다. 밤에는 MOF 과립이 공기 중의 수분을 흡수한다. 해가 뜨면 주변의 태양열이 포집된 물의 방출을 촉발하고, 이 물은 액체로 응축된다. 캘리포니아 데스밸리에서 성공적으로 진행된 현장 시험에서, 이 장치는 지구상에서 가장 덥고 건조한 지역 중 하나에서도 안정적으로 물을 생산할 수 있음을 입증했다.

물 부족에 시달리는 이들의 처지

노벨상 시상식 연설에서 61세의 야기 교수는 자신의 연구를 이끈 개인적인 동기에 대해 회고했다. 그는 요르단의 난민 캠프에서 자랐던 시절을 떠올렸다. 그곳에는 수도나 전기가 없었으며, 그와 가족은 1~2주마다 정부가 배달해 주는 물을 기다려야 했다. “동네에 ‘물이 온다’는 소문이 돌면, 물이 멈추기 전에 찾을 수 있는 모든 용기에 물을 채우려고 서둘러 달려가던 그 절박함을 기억한다,”고 캘리포니아대학교 버클리 캠퍼스의 화학 교수인 야기는 말했다.

야기 교수의 회사 아토코(Atoco)를 통해 상용화된 이 기술은 선적 컨테이너 크기의 장치 형태로 보급되고 있다. 이러한 장치는 허리케인, 지진 및 기타 자연재해로 인해 중앙집중식 상수도 인프라가 파괴되거나 지역사회가 완전히 고립되기 쉬운 지역에 특히 필수적이다. 이 장치는 건조하거나 가뭄에 시달리는 개발도상국 지역에도 생명줄이 될 수 있다. 이 기계는 외부 전원이 필요 없고 염분을 지닌 물의 담수화 과정도 거치지 않기 때문에, 가정이나 마을이 완전히 자급자족할 수 있는 지속 가능한 ‘맞춤형 물’의 미래를 제시한다.

이 새로운 MOF 과학의 광범위한 영향에 대해 논의하며, 야기 교수는 환경의 중요성을 강조했다. “여기서 핵심적으로 발전된 내용은 이 장치가 낮은 습도에서도 작동한다는 점이다. 왜냐하면 세계의 건조한 지역은 바로 그런 환경이기 때문이다.”

기후변화로 가뭄과 폭풍이 심화되는 가운데, 환경에 부담을 주지 않고 ‘공기 중’에서 물을 끌어올 수 있는 능력은 획기적인 전환점을 의미한다. 야기 교수는 이 기술을 확대 적용하여, 물을 하늘에서 직접 채취할 수 있게 함으로써 결국 전 세계가 인프라 붕괴나 정치적·민족적 갈등으로 인해 물 공급이 위협받는 일이 없는 세상이 올 수 있을 것이라고 덧붙였다.