바닷물로 전기와 담수를 한번에 만들었다

에너지기술연구원, 세계 최초 파일럿 융합공정 개발
담수화 장치 앞뒤에 염분차 발전기 달아 효율 최적화
담수 생산 전기소모 30% 줄이고 발전단가 100원/㎾h

에너지기술연구원 연구진이 염분차-해수담수화 융합 파일럿의 실험 결과에 대해 논의하고 있다. 에너지기술연구원 제공

[파이낸셜뉴스] 한국에너지기술연구원 정남조 박사팀이 바닷물에서 전기와 식수를 한번에 얻어낼 수 있는 기술을 개발했다. 연구진은 바닷물을 담수로 만드는 역삼투 장치 앞뒤로 염분차 발전기를 달아 세계 최초의 파일럿 규모 융합공정을 적용했다.

정남조 박사는 21일 "이 융합공정으로 하루 100톤의 담수를 만들어내는데 에너지 소모량을 30% 이상 절감시켰다"고 말했다. 또한 염분차 발전기의 발전단가는 태양광이나 풍력 발전보다 낮은 100원/㎾h 이하로 낮췄다.

정 박사는 "세계 최초로 염분차발전과 해수담수화 융합 공정의 핵심기술을 개발함과 동시에 실증을 통해 해수담수화의 기술적 문제를 해결하고 기술을 선도할 수 있는 기반이 마련된 것"이라고 설명했다. 또한 "이 기술을 이용해 수자원의 안정적인 확보는 물론 연간 86만톤에 달하는 이산화탄소를 저감해 환경친화적"이라고 덧붙였다.

연구진은 향후 저탄소 선도형 해수담수화 산업의 국내 기술경쟁력 강화와 대용량화를 통한 해외 진출을 위해 하루 2000톤 이상급 대용량 파일럿 플랜트 개발에 나설 계획이다.

에너지기술연구원 연구진이 역전기투석-역삼투 융합 기술의 핵심소재인 분리막 제막 장치를 컨트롤하고 있다. 에너지기술연구원 제공

연구진이 개발한 염분자 발전기는 역전기투석 방식이다. 이는 내부의 이온교환막을 통해 바닷물과 담수 사이의 이온이 분리되고 이동하면서 발생하는 전위차를 이용해 전기를 만들어낸다.

연구진에 따르면, 바닷물이 투입되는 앞쪽의 역전기투석 발전기는 바닷물로 전기를 생산하면서 바닷물 농도를 20% 이상 낮춘 후 역삼투 공정에 공급한다. 이때 역삼투에 필요한 전기 소모량은 낮아진 염분 농도만큼 줄어든다.

역삼투 공정으로 담수와 함께 배출되는 염분 농도가 높은 물은 고밀도의 에너지원으로 저장된다. 염분 농도가 높은 물은 마지막 공정에 설치된 역전기투석 발전기를 이용해 필요할 때 전기로 전환되며, 최종 배출되는 바닷물의 농도는 해수 수준으로 배출된다.

연구진은 이번 융합공정을 만들기에 앞서 역전기투석용 이온교환막과 역삼투용 삼투막을 자체적으로 개발했다.

이온교환분리막은 세계적으로 가장 앞선 일본 제품의 두께보다 10분의 1수준이며 성능은 2배 향상됐다. 또한 오염을 견뎌내면서 작동하는 성능은 3배 이상 뛰어나다.

이와함께 삼투막은 유입수의 농도가 2.3~2.8wt.% 조건에서 99.8% 이상의 염제거율을 보였으며, 8인치 모듈화에 성공했다.

[e-mail] 김만기 기자