지속가능성
공기 중 물이 물 안보를 재구성할 수 있는 방법
전력 및 에너지와 같은 유틸리티 인프라는 점차 중앙집중식 모델(대형 발전소 하나와 수만 명의 고객)에서 분산형 모델로 이동하고 있습니다. 여기서 태양광 및 소형 풍력 터빈과 같은 기술이 소규모 생산자가 에너지 독립을 스스로 확보하도록 돕습니다.
물도 비슷한 과정을 겪을 수 있습니다. 대기 습기로부터 물을 생산하는 기술이 점점 경제적으로 실현 가능해지고 있기 때문입니다. 이는 대도시의 상수도 시스템을 대체하지는 않겠지만, 원격 지역이나 개발도상국에서 물 안보를 크게 바꿀 수 있으며, 태양광 패널을 통한 분산 전력 생산이 그랬던 것과 같은 방식입니다. 따라서 회복력 있고 오프그리드이며 건물에 통합된 물 공급을 위한 보다 신뢰할 수 있는 보완 기술이 됩니다.
이 기술의 잠재력은 최근 방글라데시 BRAC University와 호주 Swinburne University of Technology 연구진이 분석했습니다. 그들은 Applied Thermal Engineering1에 “공기에서 물로: 대기 수확(AWH)의 과학, 기술 및 미래”라는 제목으로 연구 결과를 발표했습니다.
공기 중 물을 얻을 수 있을까?
일반적으로 지구상의 담수는 희귀 자원이며, 대부분의 물은 바다에 염수 형태로 존재하고, 담수는 주로 그린란드와 남극의 빙하에 잠겨 있습니다.
출처: OpenEdu
이 문제는 특히 사막 및 건조 지역에서 심각하지만, 그에 국한되지 않습니다.
“물 부족은 건조 지역만의 문제가 아닙니다; 물이 풍부한 지역조차도 물 관리 부실과 기후 변동으로 인해 계절적 부족을 겪고 있습니다. 기후 변화, 인구 증가, 산업 확장 및 지하수 과다 추출로 상황은 악화될 것으로 예상됩니다.”
현재 16억 명 이상이 물 부족에 직면한 도시에서 살고 있으며, 오염 및 지하수 남용으로 인해 이 수치는 향후 30년 내에 두 배가 될 전망입니다.
“인도, 중동, 북아프리카 및 미국 일부 지역은 과다 사용으로 인해 지하수 수위가 급격히 감소하고 있습니다. 많은 경우 대수층이 회복되지 않아 영구적인 담수 손실이 발생합니다.”
해안 지역에서는 물 탈염이 하나의 옵션이지만, 이는 매우 에너지 집약적인 과정이며 해양 생태계에도 해를 끼칠 수 있습니다. 태양 에너지와 수소와 담수의 동시 생산에 관한 혁신이 진행 중이지만 아직 연구 단계에 머물러 있습니다.
탈염된 물은 종종 농업에 적합한 수준을 초과하는 붕소, 염소 및 나트륨 농도를 포함하고 있습니다. 또한 탈염은 반드시 매우 중앙집중식이며 인프라가 무거운 과정입니다.
이 때문에 대기 물 생성(AWG)은 대기 중 수분을 추출해 사용 가능한 물로 전환하는 기술로 간주됩니다. 대기 중 물은 이미 담수이기 때문입니다.
이 기술이 완전히 새로운 것은 아닙니다. 고대 건조 지역 문명은 이슬 수집, 안개 수확, 수동 응축 기술 등을 사용했습니다. 압축 및 전기를 이용한 방법도 존재하지만 대규모 적용에는 아직 미흡합니다. 그러나 새로운 방법들이 등장하고 있습니다.
전반적으로 이 기술은 지리적 제한이나 기존 수자원에 얽매이지 않아 다음과 같은 경우에 이상적입니다:
- 강우량이 적은 사막 지역.
- 수자원 인프라가 없는 고립된 공동체.
- 물 공급이 중단된 재난 지역.
대기 수확(AWH)은 어떻게 작동하나요?
대기 수확(AWH)은 주로 두 가지 메커니즘, 즉 냉각 기반 응축과 흡착 기반 물 추출을 통해 작동합니다.
응축 기반 방법은 열펌프가 작동하는 방식과 유사하지만, 설계 초점이 물 응축을 최대화하는 데 맞춰집니다:
“습한 주변 공기를 이슬점 이하로 냉각하면 수증기가 차가운 표면에 액체 물방울로 응축되어 식수로 수집됩니다.”
흡착 기반 물 추출에서는 수증기를 포획하는 건조제 재료를 사용하고, 자연 온도 변동을 통해 물을 방출합니다.
그 외에도 복사 이슬 수집은 특수 패널이 수동 복사 냉각을 통해 물을 응축하도록 돕고, 안개 수확은 메쉬 구조물을 이용해 안개에 떠 있는 물방울을 포집·합쳐서 물을 얻습니다.
흡착, 복사, 안개 수확은 모두 직접적인 태양 복사나 열 구배와 같은 자연 현상을 활용하는 수동 방식이며 고급 전력이 필요하지 않습니다.
하이브리드 시스템도 존재하는데, 이는 수동 방식에 활성 증기 압축 냉동 사이클(VCRC)이나 열전 냉각을 결합합니다.
연구 결과는 무엇을 밝혔는가
첫째, 연구는 AWH의 지리적 잠재력을 분석했으며, 습도 농도가 극지방에서는 몇 그램 수준에서 고온·고습 기후에서는 입방미터당 수십 그램까지 다양함을 발견했습니다.
하지만 상대 습도만으로는 충분하지 않으며, 특히 수동 시스템에서는 유일한 결정 요인이 아닙니다. 온도, 절대 습도, 일사량, 현지 에너지 비용 등이 AWH 시스템의 기술·경제적 타당성을 좌우합니다.
시스템 자체의 비용도 채택률을 결정짓는 중요한 요소이며, 특히 자본 접근성이 낮은 지역에서 더욱 그렇습니다.
흡착 수확
흡착 기반 시스템은 실리카 겔, 제올라이트, 금속 유기 골격체(MOFs)와 같은 재료를 사용해 저습도 조건에서도 공기 중 수증기를 효율적으로 흡수합니다.
응축 기반 방식보다 비용·에너지 효율이 높아 흡착은 대기 물 수확 개념에 새로운 활력을 불어넣었습니다.
현대 버전은 이중 진공 튜브 컬렉터를 통해 최대 128°C까지 도달하는 고온 공기 공급 메커니즘을 도입해, 불규칙한 일사량 하에서도 건조제 재생을 효율적으로 수행합니다. 일부 설계는 비용 0.092 $/L로 4.40 L/일의 수율을 달성했습니다.
“수소화 가능한 코어-쉘 폴리머 네트워크는 일조량이 낮은 조건에서도 하루에 재료 1 kg당 6.5 L의 물을 수확할 수 있습니다.”
이 시스템은 완전한 태양광 구동이 가능해 배치가 용이하며, 유지보수가 적고 기술적 숙련도가 낮아도 운영할 수 있습니다.
오염 측정은 필수
어떤 물 공급원과 마찬가지로 세균 오염이 없도록 하는 것이 중요합니다. 그러나 공기에서 물을 수확하면 대기 오염 물질도 함께 포집될 수 있습니다.
특히 휘발성 유기 화합물(VOC)의 흡수가 문제됩니다. 여기서 염기성 흡착(SAWH)은 전통적인 응축 기반 대기 물 발생기(AWG)보다 VOC 농도가 현저히 낮아 우수한 수질을 제공합니다.
다른 잠재적 금속, 용해성 오염물 및 시스템 자체에서 발생하는 오염도 측정·모니터링이 필요하며, 이를 통해 수확 시스템이 안전하게 널리 사용될 수 있습니다.
통합 접근법 채택
하이브리드 시스템은 상변화 물질(PCM)을 통합해 열 관리와 운영 안정성을 향상시킬 수 있습니다. PCM은 일사량이 높은 시기에 과잉 열 에너지를 저장하고, 일사량이 낮은 시기에 방출해 연속 운전을 가능하게 합니다.
예를 들어, 한 시스템은 최대 4.25 L/일의 물 수율과 약 0.11 $/L의 생산 비용을 기록했습니다.
연구진은 특정 기술에만 집중하기보다 보다 전체론적 접근을 권고합니다.
예를 들어, 보다 선진 지역에서는 흡입 공기나 순환 공기에서 습기를 추출함으로써 AWH 시스템이 활성 제습 모듈 역할을 할 수 있습니다. 이는 1차 공조 시스템의 잠열 부하를 크게 감소시켜, 담수를 생산함과 동시에 HVAC 시스템의 에너지 소비를 줄입니다.
이러한 이중 효과는 물의 균등화 비용(LCW)을 크게 낮추고, 원격·저소득 지역을 넘어선 경제적 방정식을 변화시킬 수 있습니다.
AWH 채택을 위한 권고사항
응축 기반 AWH 시스템은 가장 높은 물 수율을 달성해 주거용·산업용 등 높은 물 생산이 필수적인 분야에 매력적입니다.
흡착 기반 AWH 시스템은 저습도 기후에서 특히 유용하며, 전통적인 응축 방식이 실패하는 환경에서도 작동합니다. 다만 MOF나 복합 건조제와 같은 고가의 흡착제는 운영 비용을 상승시킬 수 있습니다. 2023년에 시작된 수소겔과 같은 고급 재료는 더 큰 잠재력을 가지고 있지만 아직 초기 단계입니다.
하이브리드 AWH 시스템은 물 수율과 기후 적응성 면에서 높은 점수를 받아 다양한 환경 조건에 적합한 다목적 솔루션이 됩니다. 그러나 다중 부품(예: 흡착제, 냉각 장치, 제어 시스템)의 통합이 필요해 설계·유지보수 비용이 증가합니다.
AWH 시장 및 미래
단기적으로 대기 물 수확 시스템의 주요 기회는 원격 시설, 재난 대응, 섬형 인프라, 군사·물류 분야에 있습니다. 이러한 사용 사례는 탈염, 장거리 파이프라인, 지하수와 같은 기존 솔루션으로는 쉽게 해결되지 않는 급박한 물 수요를 가지고 있기 때문입니다. 이 경우 대체 인프라 구축 비용이나 비용 최적화에 대한 압박이 낮아 AWH 시스템을 대규모로 구축하고 기술 성숙도를 높이는 데 도움이 됩니다.
장기적으로는 산업 현장과 고습도 도시 건물이 훨씬 큰 시장을 제공할 것으로 보이며, 특히 수소겔과 하이브리드 시스템이 기존 HVAC와 결합해 추가적인 저비용 물 공급을 가능하게 할 것입니다. 이는 중앙집중식 물 네트워크를 대체하기보다는 이미 희소하고 부담이 큰 자원을 보완하는 매우 유용한 역할을 할 것입니다.
물 수확에 투자하기
Carrier Global
(CARR )
Carrier는 HVAC(상업 및 주거)와 콜드 체인, 화재·보안 분야에서 58,000명 이상의 직원을 보유한 선두 기업입니다. 1915년에 설립되어 1979년에 United Technologies에 인수되었으며, 2020년에 다시 분사했으며 United Technologies가 Raytheon과 합병하기 전까지 독립을 유지했습니다.
Carrier는 단순히 히트펌프만 판매하는 것이 아니라, 회사가 미래 산업으로 보고 있는 제품 카테고리 전체에 집중하고 있습니다. 여기에는 Carrier 브랜드 외에도 Toshiba의 HVAC 사업부(2022년 인수)와 Viessmann이 포함됩니다.
주로 미국 지역에 초점을 맞추고 있으며, HVAC 매출이 전체 매출의 절반 이상을 차지합니다.
현재 상업용 HVAC 330,000대, 주거용 HVAC 3,300만대, 냉동 설비 180만대, 화재·보안 시스템 9천만대를 설치했으며, Viessmann 브랜드를 통해 배터리 저장 분야로도 확장하고 있습니다.
Carrier는 직접적인 대기 물 수확 전문 기업은 아니지만, HVAC 시스템 선두 기업으로서 건물에 통합된 물 수확이 잠열 부하를 감소시키고 폐열을 회수하며 지능형 건물 인프라의 일부분이 되는 시장에서 직접적인 혜택을 받을 수 있습니다.
또한 회사는 2030년까지 온실가스(GHG) 배출량을 대폭 감축하겠다는 목표를 세우고 있어, 기후 제어와 지속 가능한 개발에 노출된 투자자를 위한 매력적인 주식으로 평가됩니다.
최신 Carrier Global (CARR) 주식 뉴스 및 개발
참조 연구
1. Gourab Saha. 공기에서 물로: 대기 수확(AWH)의 과학, 기술 및 미래. Applied Thermal Engineering. 날짜: 2026년 8월. 기사: 132073. 볼륨: Volume 302, Part 5. 10.1016/j.applthermaleng.2026.132073
