공기중 수분 활용해 물 생산하는 기술 개발
‘Fontus’라는 물병 고안…자전거에 설치 1시간에 최대 0.5L 수집
오스트리아 Retezar 디자이너…수분 수집·응축·저장하여 식수로 사용
이러한 제품은 장시간 자전거를 타는 사람들에게 유용할 수 있다. 예를 들어 자동으로 물병을 채울 수 있다면 가까운 상점이나 강 또는 주유소를 찾는 번거로움을 덜 수 있다. Retezar는 “기술개발의 목표는 공기 중 수분을 흡수하여 자급자족할 수 있는 소형 장치를 만드는 일이다. 이 장치는 공기분자에서 물분자를 분리한 후 병속에 식수를 저장할 수 있다”고 말했다. 그렇다면 이러한 병은 어떻게 작동하는 것일까?
장치는 펠티에 소자(Peltier Element)라는 작은 냉각물질을 중앙에서 활용한다. 이 냉각부는 크게 두 부분으로 나누어진다. 전기에 의해 동력을 공급받으면 상단부는 냉각되고 하단부는 가열되어 온도가 올라간다. 그리고 뜨거운 부분을 냉각할수록 상단부는 더 차갑게 된다.
결과적으로 상단부와 하단부는 분리되고 각자로부터 고립된다. 자전거가 앞으로 나아가면 공기는 하단 체임버에 높은 속도로 진입하게 되고 뜨거운 부분이 냉각된다. 이때 상단 체임버에 진입하는 공기는 비선형적으로 구멍이 있는 작은 벽에 의해 멈춰지게 된다. 이는 공기의 속도를 낮추어 물 분자를 잃기 위해 필요한 시간을 제공하는 역할을 한다. 이렇게 얻어진 물방울은 파이프를 통해 물병으로 내보내진다.
Retezar는 이러한 개념에 대한 테스트를 하기위해, 욕실을 활용하여 각기 다른 기상조건을 모사했다. 그는 공기 온도와 습도를 조절하였으며, 30번의 실험에 걸쳐 분당 한 방울 정도의 물을 지속적으로 확보할 수 있었다. Retezar는 “내부 시스템을 개발한 후 자전거에 쉽게 부착이 가능하도록 소규모이면서 실용적인 외관을 설계하였으며, 편하게 다루어질 수 있도록 물병을 통합하였다”고 설명했다.
Retezar는 이러한 개념을 자전거 뿐만 아니라 다른 분야에도 활용하기를 원하고 있다. 예를 들어 공기 중 습도는 높지만 물을 이용하기 어려운 지역에 사는 사람들을 돕는 일이다. 그는 “UN 통계에 따르면 40개국에서 거주하고 있는 20억 이상의 인구가 물 부족에 어려움을 겪고 있다. 2030년에는 전세계 인구 중 47%가 물로 인한 스트레스를 받을 것으로 예상되며, 물 부족은 전세계가 직면하고 있는 가장 평가 저하된 자원 문제일 것”이라고 밝혔다.
한편, 크리스천 사이언스 모니터(Christian Science Monitor)는 이러한 개념을 적용하는 데 있어 기술적 난관이 예상된다고 밝혔다. Fontus는 분당 물 한 방울 정도의 양을 생산할 수 있으며, 덥고 습한 날에는 자전거를 타기 어려울 수 있기 때문이다. 또한 공기가 오염된 도시에서 활용한다면 식수로 활용하지 못할 수 있다는 문제점도 있다. 그럼에도 Fontus는 다이슨 어워드(Dyson Award)에서 선정됐다.
Water bottle for bike collects moisture from the air
Kristof Retezar, an Austrian designer, has come up with Fontus, which was designed as a self-filling water bottle for your bicycle. This device collects the moisture from the air, condenses it and stores it as safe drinking water. Powered by solar cells, the device harvests up to 0.5 liters in an hour's worth of cycling when under the right climate conditions.
The invention could be useful for cyclists on long tours, relieved of the hassle in looking for nearby stores or rivers or gas stations if one had a bottle that automatically fills itself up. “My goal was to create a small, compact and self-sufficient device able to absorb humid air, separate water molecules from air molecules and store water in liquid form in a bottle,” said Retezar.
But how does it actually work - The device has a small cooler installed in its center, the Peltier Element. The cooler is divided in two. “When powered by electricity, the upper side cools down and the bottom side gets hot. The more you cool the hot side down, the colder the upper side will get. Consequently, these two sides are separated and isolated from each other.
The air enters the bottom chamber at a high speed when moving forward with the bike and cools the hot side down. Moreover, when the air enters the upper chamber it is stopped by little walls perforated non-linearly, reducing its speed in order to give the air the needed time to lose its water molecules.”
Droplets flow through a pipe into a bottle. The bottle can be turned to a vertical position; every kind of PET 0.5l bottle fits. Retezar needed to test his concept and he did so by simulating different climatic conditions in his bathroom. He modified air temperature and humidity. Over 30 experiments later, he was able to achieve a constant drop-flow of one drop of condensed water per minute. “After developing a functioning inner system, I designed a compact and practical hull which can be easily attached to a bicycle, integrates the water bottle and can be comfortably handled.”
Along with device potential as a bike accessory for longer trips he might also be on to something that could support people living in regions of the world where easy access to water is not available and where air humidity is high. In discussing his project, he said, “According to UN statistics, more than 2 billion people in more than 40 countries live in regions with water scarcity.
In 2030, 47 percent of the world's population will be living in areas of high water stress. Water scarcity may be the most underestimated resource issue facing the world today. Every measure to ease this upcoming crisis is a welcome one.”
The Christian Science Monitor noted that there are presently some technical hurdles limiting its usefulness. Fontus produces only about a drop of water per minute, which might be hard for cycling on a hot and humid day. It's also a challenge in cities, where air pollution would render the water undrinkable. Supporters who like his idea hope that he will find success in order to further refine and develop the device.
[출처 = KISTI 미리안『글로벌동향브리핑』2014년 11월 21일 / 원문출처 : http://phys.org/news/2014-11-bottle-bike-moisture-air.html]
[『워터저널』 2014년 12월호에 게재]