과학자들이 전기에 의존하지 않으면서 대부분의 국가에서 제조할 수 있는 물질을 이용하여 해수를 담수화할 수 있는 새로운 방안을 찾는다면 물 부족과 관련한 이슈를 해결할 수 있을 것이다. 이와 관련하여 진행된 한 연구는 경제적으로 해수를 담수화하는데 도움을 줄 것으로 기대된다. 이 연구 결과는 "Desalination of simulated seawater by purge-air pervaporation using an innovative fabricated membrane"이라는 제목으로 Water Science & Technology에 발표되었으며, 저자는 이집트 알렉산드리아 대학(Alexandria University)의 Mona Naim, Mahmoud Elewa, Ahmed El-Shafei, Abeer Moneer 등이다.
Al-Fanar Media는 "Moneer와 연구진은 해수에서 보다 많은 담수를 추출하면서 에너지 효율은 개선할 수 있는 새로운 멤브레인(Membrane)을 제조하였다"고 밝혔다. 연구진은 투과증발(Pervaporation) 공정을 이용하는 혁신적인 고분자 멤브레인을 개발하였다고 설명하였다. 이들은 매우 높은 농도를 가진 해수를 관류 퍼지-에어 투과증발 공정(Once-through Purge-air Pervaporation Process)에 투입하여 99.7%의 염 제거율을 가진 식수로 변환할 수 있다고 밝혔다.
이에 대해 호주의 온라인과학전문 사이트인 기즈맥(Gizmag)은 이번 투과증발 공정에 새로운 것은 없다고 말한다. 이들은 "이번 공정에는 세라믹 또는 고분자 멤브레인을 통해 여과되는 과정이 포함되어 있다. 그렇지만 사용된 멤브레인은 값비싸고 제조가 어렵다"고 설명하였다. 디지털 트렌트(Digital Trends) 역시 "투과증발 기술은 1990년대 초반 이후 사용되어 왔다. 산업 폐수로부터 유기 용매를 분리하는 폐수처리용으로 사용되고 있다"고 말한다.
그렇지만 기즈맥의 Lynda Delacey는 이번 연구의 중요성은 투과증발 보다는 다른 곳에 있다고 말한다. 그녀는 "연구에서 획기적인 점은 투과증발의 첫 번째 단계를 위해 셀룰로오스 아세테이트 분말 (Cellulose Acetate Powder)을 적용한 새로운 멤브레인을 개발하였다는 점이다. 이 멤브레인은 염을 끌어당기는 특성이 있다. 셀룰로오스 아세테이트 분말은 목재 펄프로부터 얻어진 섬유이며 어떤 실험실에서도 경제적이면서 쉽게 만들어질 수 있다"고 설명하였다. 또한 이 물질은 인쇄 및 커트지(Cut Sheet) 형태로 대량 생산이 가능하기 때문에 폭넓은 적용이 가능하다.
이번 기술은 이집트에서 생산되는 셀룰로오스 아세테이트 분말을 포함하는 멤브레인에 기반을 두고 있다. 다른 구성요소와 결합되어 있는 이 분말은 이동 시 염 입자를 결속할 수 있기 때문에 해수의 담수화에 있어 유용할 것으로 기대된다. 그렇다면 이번 연구가 중요한 이유는 무엇일까? 담수화 기술 개발에 있어 중요한 점은 환경적으로 안전해야 하고 관리 및 유지 비용이 너무 높지 않아야 한다는 것이다.
기즈맥은 "새로운 수처리 방식에 대한 아이디어는 언제나 환영받고 있다. 담수화는 전세계적으로 하루 200백만 kWh 이상의 에너지를 사용하는 값비싼 공정이다"고 밝혔다. 2013 UNDP 보고서인 `Water Governance in the Arab region`은 수자원 부족 및 미래 자원 확보에 대해 언급하고 있다. 이 보고서는 2025년까지 아랍 지역의 물 공급은 1960년대의 15% 수준 밖에 되지 않을 것이라고 밝혔다.
이번 보고서는 담수화에 대해 언급하고 있다. "비통상적인 수자원에는 담수, 처리 폐수, 빗물 수확, 인공 강우 및 관개용 배수 등이 포함되어 있다. 아랍 지역은 전세계 담수 비중의 절반 이상을 차지하는 대표적인 지역이다. 전세계 물 공급에 있어 담수는 현재 1.8%이었던 비중이 2025년까지 약 8.5%로 증가될 것으로 기대된다"고 밝혔다. 이번 보고서는 담수화와 관련된 여러 가지 난관들에 대해서 언급하고 있다. 담수화 공정이 에너지 및 자본 집약적이라는 것으로 기술 발전이 생산 비용의 절감으로 이어져 왔지만 여전히 문제는 남아 있다. 담수화 공장이 일반적인 수자원 이용에 대한 어려움을 덜어주었지만 공해나 온실가스 배출과 같이 환경적인 영향은 그리 좋지 못한 것으로 알려져 있다. 이번 논문 저자 중 하나인 Ahmed El-Shafei는 "투과증발 공정은 전통적인 담수화 공정에서 필요했던 전기를 사용하지 않아도 되기 때문에 많은 비용을 절감할 수 있다"고 말했다.
Desalination study authors explore fabricated membrane
Have scientists found a new way to purify sea water with materials that don't rely on electricity and are cheap enough to be manufactured in most countries? Might their work contribute to the search for a new, inexpensive water source?
The paper drawing interest among news sites is titled, "Desalination of simulated seawater by purge-air pervaporation using an innovative fabricated membrane." The authors, from Alexandria, Egypt, are Mona Naim, Mahmoud Elewa, Ahmed El-Shafei and Abeer Moneer. Their paper has been published in Water Science & Technology.
Al-Fanar Media said, "Moneer and a team of fellow researchers in Alexandria say they have created a new membrane that can extract more fresh water from the sea and improve the energy efficiency of doing so."
The authors said they invented an innovative polymeric membrane. It's described as a breakthrough; it involves the pervaporation process. They said It can desalinate simulated seawater of exceptionally high concentration to produce a high flux of potable water with over 99.7% salt rejection in a once-through purge-air pervaporation process.
There's nothing new about pervaporation, said Gizmag; the process "involves filtering the liquid through a ceramic or polymeric membrane," although the membrane used has been expensive and complicated to manufacture.
Digital Trends also said, "The method of pervaporation has been in use since the early 1990s." It is being used in wastewater treatment to separate organic solvents from industrial waste water.
Lynda Delacey in Gizmag said the importance of their work lies elsewhere than just pervaporation. "The breakthrough in this research is the invention of a new salt-attracting membrane embedded with cellulose acetate powder for use in step one of the pervaporation process. Cellulose acetate powder is a fiber derived from wood pulp and is, according to the researchers, cheap and easy to make in any laboratory."
What is more, the materials, can be mass produced in printed and cut sheets for widespread use, said Bryan Lufkin in Gizmodo.
The technology is based on membranes which contain cellulose acetate powder, produced in Egypt. The powder, in combination with other components, binds the salt particles as they pass through. The technique is being considered as useful for desalinating seawater.
Why is their study considered as important? Any attempt to find a desalination method that is (1) not environmentally unsafe and (2) not too expensive to manage and maintain is obviously welcomed, at a time when planners look at how much of the planet's water is actually fit for drinking and farming.
"New ideas of water treatment methods are always welcome: Desalination is an expensive process that also uses a ton of energy: more than 200 million kilowatt hours per day around the world," said Gizmodo.
A 2013 UNDP report, "Water Governance in the Arab region," talks about managing water scarcity and securing the future. "Current projections show that by the year 2025 the water supply in the Arab region will be only 15 per cent of what it was in 1960."
The report commented on desalination: "Nonconventional water resources include desalination, treated wastewater, rainwater harvesting, cloud seeding and irrigation drainage water. The Arab region leads the world in desalination, with more than half of global desalination capacity. Desalinated water is expected to expand from 1.8 per cent of the region's water supply to an estimated 8.5 per cent by 2025."
The report pointed to the difficulties that desalination presented, as a process which is "energy- and capital-intensive," although technological advances have brought down production costs. "While desalination plants reduce pressure on conventional water resources, they have harmful environmental effects, including pollution and greenhouse gas emission."
Quoted in Digital Trends: "Using pervaporation eliminates the need for electricity that is used in classic desalination processes, thus cutting costs significantly," said Ahmed El-Shafei, one of the study authors.
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