▲ 연구진이 개발한 염분차-해수담수화 융합 파일럿의 실험 결과에 대해 논의중이다

▲ 하루 100톤급 역전기투석-역삼투-역전기투석 파일럿 전경

국내 연구진이 역전기투석-역삼투 기술의 융합을 통해 친환경적인 담수와 전기 생산이 가능한 핵심기술을 개발했다.

한국에너지기술연구원(원장 김종남) 해양융복합연구팀 정남조 박사 연구진은 에너지소모량을 최소화하기 위해 역삼투 모듈의 앞뒤에 역전기투석 발전기를 연계시키는 융합 공정(역전기투석-역삼투-역전기투석)을 개발했다.

이를 통해 100톤/일급 담수생산 실증을 성공적으로 마쳤으며, 기존 역삼투 단일 공정 대비 에너지 소모량을 30% 이상 절감시켰다. 물 부족문제 해결 대안은 해수담수화 기술이 가장 유망하다. 하지만 담수 생산을 위한 에너지소모량이 많고 배출 농축해수가 해안에 방류되어 오염 원인이 되고 있다. 최적화된 역삼투 공정은 1톤의 담수 생산에 약 3.5kWh의 전기에너지가 소모된다. 담수 생산단가의 약 30%를 차지, 1.6kg/톤의 이산화탄소를 발생시키는 것과 같다.

이에 연구진은 100톤/일급 역전기투석 염분차발전-역삼투 해수담수화 융합 공정을 세계 최초로 단일 플랜트로 실증했다. 전단에 놓인 역전기투석 발전기는 해수를 이용해 에너지를 생산해 해수 농도를 20% 이상 낮춘 후 역삼투 공정에 공급한다. 역삼투에 필요한 에너지소모량은 낮아진 농도만큼 줄어든다.

이어지는 역삼투 공정을 통해 담수와 함께 배출된 농축해수는 고밀도 에너지원으로 저장, 후단에 설치된 역전기투석 발전기를 이용해 필요할 때 전기로 전환되며, 최종 배출되는 농축해수의 농도는 해수 수준으로 배출시킨다.

연구진은 이 외에도 역전기투석-역삼투-역전기투석 융합 공정의 핵심 소재인 역전기투석용 패턴형 이온교환막과 역삼투용 삼투막을 자체 개발했다.

역전기투석 공정에 적용된 패턴형 이온교환분리막은 세계 선도기관(일본, 후지필름)의 기술과 비교해 두께는 1/10, 성능은 2배, 내 오염성은 3배 이상 향상돼 실용화 수준의 적층기술을 확보했다.

연구진은 경제성 분석으로 공정의 대용량화와 최적화 달성을 통해 담수 생산단가는 10% 이상 절감, 염분차발전 균등화발전비용 단가는 130원/kWh 이하도 가능함을 확인했다. 또, 개발한 염분차발전 기술은 해수온도, 해양생태계에 악영향을 미치는 발전소(원자력, 화력)의 온배수를 이용해 대용량 발전소 구축에도 사용할 수 있어 국내 기저부하와 재생에너지 간 에너지믹스 체계 유연성 확보에 핵심적인 역할도 기대한다.

연구책임자인 정남조 박사는 “에너지소모량 저감 및 농축해수 친환경처리 가능, 해수 이용 장주기 에너지저장, 대용량 발전이 가능한 미래에너지기술의 핵심”이라며, “대용량 실증 조기 완료와 정부 지원을 통해 글로벌 기술 선도가 가능할 것”이라고 말했다.