[미국] 오염수를 정화하는 물과 태양열 전원의 렌즈 개발
물은 풍부한 자원으로 보일지 모르지만, 세계의 일부 지역에서는 깨끗한 물을 확보하기가 어렵다. 이것은 6피트 높이의 자동적으로 계속 유지되는 확대용 유리를 어떻게 개선할 것인가를 연구해 온 버팔로 대학교 토목공학과 2학연생인 드숀 헨리(Deshawn Henry)씨의 연구를 통해 바뀔 수도 있을 것이다.
물 렌즈(water lens)라고 적절히 명명된 이 장치는 오염된 물을 가열하고 살균 처리하기 위해 풍부한 자원인 태양광선을 사용한다. 렌즈의 프레임은 일반적으로 사용되는 물질인 목재, 플라스틱 시트 그리고 물로 제작되기 때문에, 렌즈는 거의 무비용으로 제작되어 수처리에 저렴한 방법을 제공한다.
이 장치는 아무것도 아닌 것처럼 보이지만, 1시간 이내에 130~150°F 사이에서 1리터의 물을 가열하여 99.9%의 박테리아와 병원체를 파괴시킨다. "물 렌즈는 개발도상국에서는 엄청난 영향을 미칠 수 있다"고 이 대학교 토목구조환경공학과 교수인 제임스 젠슨(James Jensen) 교수의 지도 아래 이 연구를 수행한 영국 여왕의 사촌인 헨리(Henry)씨는 말했다. "수백만 명의 사람들이 매년 더러운 물에서 발견되는 병원체와 질병으로 사망하며, 그것이 그들이 가진 모든 것이기 때문에 돕는 것이 불가능하다. 마시거나 죽어야 하는 것이 현실"이라고 헨리는 덧붙였다.
이 렌즈는 목재 프레임에 의해 지지되는 물로 덮인 플라스틱 커버로 구성된다. 이 프레임은 태양광선의 집중된 빛에서 만들어진 초점과 나란히 있는 렌즈 아래의 작은 물 용기를 유지한다. 일단 조립되면 기후만 양호하다면, 렌즈는 자유롭게 작동된다. 하루 전체를 통해 태양이 이동하기 때문에, 헨리(Henry)씨는 초점을 유지하기 위해 용기를 계속 이동시킬 필요가 있다.
헨리(Henry)씨의 연구는 렌즈의 효율성에 영향을 받는 시트에 따라 플라스틱의 두께와 물의 양을 어떻게 변경시킬 것인지를 시험했다. 이 장치는 0.7mm, 1mm 그리고 2mm 두께의 플라스틱 시트와 4리터, 6리터 그리고 8리터의 물의 양으로 시험되었다.
이 연구는 렌즈에 더 많은 물을 추가하는 것이 효율성을 개선시킨다는 사실을 발견했는데, 그 이유는 더 큰 면적의 물이 태양광선에서 더 많은 에너지를 제공하기 때문이다. 그런데, 더 두꺼운 플라스틱 시트는 빛으로부터 더 많은 에너지를 소비하여 렌즈의 효율성을 감소시킨다.
너무 얇은 플라스틱 시트나 과도한 물의 양은 렌즈를 부러뜨릴 수 있다. 헨리(Henry)씨는 0.7mm 두께의 시트가 용기를 효율적으로 가열하면서도 8리터의 물을 지지할 수 있지만, 더 많은 물과 시트는 파괴될 위험이 있다고 결론지었다.
1.1조 명의 사람들이 깨끗한 음용수에 대한 접근이 제한된 상태에서, 헨리(Henry)씨의 연구는 세계적으로 의미가 있다고 하계 연구 프로그램동안 학부 학생들의 멘토 역할을 주기적으로 시행한 젠센(Jensen) 교수는 말했다.
헨리(Henry)씨는 버팔로 대학교의 소수 참여의 루이스 스톡스 연합(LSAMP, Louis Stokes Alliance for Minority Participation) 프로그램을 통해 젠센(Jensen) 교수 지도 하에 연구를 수행했는데, 이 프로그램은 과학, 기술, 공학 그리고 수학(STEM, academic disciplines of science, technology, engineering, and mathematics) 분야에서 대표자가 불분명한 학생들을 연결하는 프로그램이다. 버팔로 대학교의 소수 참여의 루이스 스톡스 연합(LSAMP)은 학생들의 증가하는 실험-학습 기회에 초점을 맞춘 학부 학생 교육부(Office of Undergraduate Education)의 많은 프로그램 중 하나이다.
"나는 집중된 연구 활동이 이 대학교 학생들에게 얼마나 영감을 주고 차세대 기술혁신자들을 교육시킬 수 있는지를 보아왔다. 드숀(Deshawn)씨의 연구는 태양이 많은 지역의 가족들이 많은 에너지를 소비하거나 수입 기술에 의존하지 않고 음용수를 처리할 수 있도록 할 것"이라고 헨리씨는 말했다.
효율성을 유지하는 더 큰 물 렌즈를 제작하는 것은 헨리(Henry)씨 연구의 다음 단계이다. 5인 가족은 그가 제작한 장치 크기의 적어도 3배 이상 크기를 요구하는데, 이것은 한 번에 1리터의 물을 가열하도록 설계되었다고 헨리(Henry)씨는 말했다.
[출처 = KISTI 미리안 『녹색기술정보포털』/ 2014년 8월 20일]
[원문보기]
Student's six-foot water and solar-powered lens purifies polluted water
Water may appear to be an abundant resource, but in some parts of the world clean water is hard to come by.
That could change through the work of Deshawn Henry, a University at Buffalo sophomore civil engineering major, who researched how to improve a 6-foot-tall, self-sustaining magnifying glass.
Properly termed a water lens, the device uses another abundant resource—sunlight—to heat and disinfect polluted water. Since the frame for the lens can be constructed from commonly found materials—wood, plastic sheeting and water—the lens can be built for almost no cost, offering an inexpensive method to treat water.
The device may not look like much, but it can heat a liter of water to between 130 and 150 degrees Fahrenheit in a little more than an hour, destroying 99.9 percent of bacteria and pathogens.
"The water lens could have a huge impact in developing countries," says Henry, a Queens' native who performed the study under James Jensen, professor in the Department of Civil, Structural and Environmental Engineering."Millions of people die every year from diseases and pathogens found in unclean water, and they can't help it because that's all they have. Either they drink it or they die."
The lens consists of a plastic sheet covered with water supported by a wooden frame. The frame holds a small container of water below the lens in line with a focal point created from a concentrated ray of sunlight. Barring the weather, once assembled, the lens functions freely. Due to the sun's movement throughout the day, Henry needs to repeatedly shift the container to match the focal point.
Henry's research tested how altering the thickness of the plastic sheet and the volume of water over the sheet affected the efficiency of the lens. The device was tested with plastic sheets that were 0.7, 1 and 2 millimeters thick, and water volumes of four, six and eight liters.
The study found that adding more water to the lens improved efficiency, as larger areas of water transmitted more energy from sunlight. However, thicker plastic sheets consumed more energy from light, lowering the lens' efficiency.
A plastic sheet that was too thin or excessive amounts of water could break the lens. Henry concluded that the 0.7-millimeter sheet could efficiently heat the container while supporting eight liters of water, but any more and the sheet could potentially break.
With 1.1 billion people lacking access to clean drinking water, Henry's work could make a difference in the world, says Jensen, who frequently mentors undergraduate students during summer research programs.
Henry studied under Jensen through the UB Louis Stokes Alliance for Minority Participation (LSAMP) program, which connects underrepresented students with research opportunities in STEM fields. LSAMP is one of many programs in the Office of Undergraduate Education focused on increasing experiential-learning opportunities for students.
"I have seen how intense research activities can inspire UB students and educate the next generation of innovators," says Jensen. "Deshawn's work would allow a family in sunny regions to treat drinking water without having to expend energy or rely on imported technologies."
Building a larger water lens that remains efficient is the next step in Henry's research. A family of five would need a lens at least three times the size of the device he constructed, which was designed to heat one liter of water at a time, says Henry.
즐겨찾기 추가 
시작페이지로 설정
