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열 회수(태양열, 열 펌프, 냉방, 냉각)는 전력 소비를 줄이고 지속 가능한 개발을 장려하기 위한 주요 연구주제 중 하나다. 나노 기공성(nanoporous) 물질을 이용한 물 회수 및 방출 방식은 위 같은 목표를 달성하기 위한 신뢰도 높은 전략이긴 하나, 새로운 에너지 효율 공정에 대한 개발은 여전히 하나의 도전과제로 남아있다. 파리 기공성 재료 연구소 (CNRS, ENS 파리, ESPCI 파리, PSL 대학교)및 몽펠리에의 Charles Gerhardt 연구소는 최근 녹색 화학(Green Chemistry)을 통해 동기화가 가능하며 견고한 하이브리드 기공성 재료를 발견하는데 성공했다. 네이처 에너지(Nature Energy)에 실린 연구논문에 따르면, 연구팀은 이번에 발견된 새로운 재료에 대해 저장 용량이 크고 재생 온도가 낮아 다른 수분 흡착제보다 훨씬 효율적이라고 보고했다. 표면에서 물을 고정시킬 수 있는 분자인 수분 흡착제의 사용은 산업 공정 및 태양 에너지로부터의 열 회수에 효과적인 방식이다. 열 병합 발전소를 포함한 자체 온수 시스템은 일반적으로 63°C를 넘지 않으며, 냉각 시스템 및 열 펌프에 사용이 가능하다. 현재의 공정은 재생온도가 높으며 세공용적이 제한적인 무기 기공성(inorganic porous)상업용 흡착제(제올라이트 또는 관련 고형물)에 기초하고 있기 때문에 에너지면에서 비효율적이다. 이러한 단점을 극복하기 위해 파리 기공성 재료 연구소 및 Charles Gerhardt 연구소 연구팀은 지르코늄 옥소 클러스터(Zr-MOF)로 만들어진 친수성(親水性) 나노 기공성 하이브리드 솔리드를 설계했다. 냉각 공정의 경우, 전반적으로 물의 증발 및 응축 온도뿐만 아니라 흡착(발열) 및 탈착(흡열) 온도, 저장 용량, 열 교환의 안정성 및 동역학 등에 따라 좌우된다. 새로운 지르코늄 옥소 클러스터(Zr-MOF)는 온수 내에서 매우 안정적인 미세 기공성 구조를 보인다. 또한, 상당량의 열 교환이 가능한 친수성을 보이며 다량의 수분 흡착이 가능한 기공 크기를 가졌다. 한국화학연구원(Korean Research Institute of Chemical Technology, KRICT)의 연구팀은 증발기에서 얻은 에너지와 흡착제를 재생하는 데 필요한 에너지 비율을 통해 동 재료의 성능 계산을 수행했다. 동 분석을 통해, 이번에 새로 발견된 솔리드가 현재까지 연구된 다른 기공성 물질들 보다 효율적임을 밝혀냈다. 이는 앞으로 태양에너지 및 인간활동과 연관된 열원의 복구를 위한 차세대 냉각 공정의 개발로 이어질 것으로 전망된다. |
