 |
| 한국기계연구원 박창대 박사 연구팀이 지난 2014년 개발한 ‘태양열 복합열원 다중효용 해수담수기’.[제공=한국기계연구원] |
한국기계연구원은 오는 2023년까지 고집광 태양광열 발전으로 전기와 열을 동시에 공급해 다양한 해수담수화 설비를 가동할 수 있는 신재생에너지 시스템을 개발을 추진한다.
태양광열 발전은 태양광과 태양열을 모두 활용해 전기와 열을 만들 수 있다. 기존 태양광 발전의 효율은 현재 18% 수준이지만, 태양광열 발전은 70% 이상의 에너지전환 효율을 낼 수 있다.
기계연 박창대 박사 연구팀은 고집광 태양광열 발전을 이용해 열과 전기를 생산하고, 이를 해수담수화에 전기에너지를 이용하는 역삼투압 담수화설비나 열에너지를 이용하는 막증류식 담수화설비에 각각 공급하는 통합 시스템을 구상하고 있다.
통합 시스템 설계 및 구축이 실현되면 각 담수화 방식이 갖는 장점을 살려 시너지 효과를 얻을 수 있다. 우선 태양광보다 태양광열 발전의 단위면적당 에너지 효율이 높은 만큼 태양광발전과 역삼투압 담수화설비를 결합한 기존의 해수담수화 설비보다 부지 면적을 최대 절반까지 줄일 수 있다. 또 담수화 과정에서 반드시 발생하는 농축수도 줄일 수 있어 친환경적이다.
연구팀은 오는 2020년까지 국내에 10t급 시범 시설을 구축하고, 2023년에는 쿠웨이트와 사우디아라비아 등 중동지역에 1000t급 해수담수화 설비를 구축한다는 목표다.
박창대 박사는 “세계적으로 물 부족 문제로 인한 대체 수자원 확보와 친환경 생산을 위한 신재생에너지의 활용은 매우 중요한 이슈”라며 “물 부족으로 어려움을 겪는 현장에 실질적인 도움이 될 수 있도록 기술 개발에 힘쓰겠다”고 말했다.
한국에너지기술연구원 분리변환소재연구실 김동국 박사와 순천향대학교 에너지시스템학과 조용현 교수 공동연구팀이 기존보다 탈염 성능을 4배 이상 높일 수 있는 탄소나노튜브 기반 고효율 축전식 해수담수화 기술을 개발했다.
현재 해수담수화 기술은 해수를 증기로 만들어 담수화하는 다단증류법과 분리막을 이용해 순수한 물을 얻는 역삼투압법이 대표적이지만 운전과 설치에 드는 비용이 높은 반면 에너지 효율은 낮아 개선이 필요한 상황이다.
최근 흐름전극을 이용한 축전식 해수담수화 기술이 높은 에너지 효율로 각광받고 있지만, 고정형 전극을 사용하는 기존의 해수담수화 기술과는 달리 유체를 이용하기 때문에 전극의 전도도가 떨어진다는 점이 문제로 지적받고 있다. 낮은 전도도로 인해 소금이온이 전극물질로 흡착되는 양이 줄어들어 탈염성능이 떨어진다는 것이다.
공동연구팀은 높은 전도도를 갖는 탄소나노튜브를 화학적 처리 후 활성탄 슬러리 전극에 첨가함으로써 흐름전극의 전도도를 향상시키는 데 성공했다.
전극에 첨가된 1mm 길이의 탄소나노튜브는 전도성 다리 역할을 수행하며 유체 내에 존재하는 활성탄 입자들을 전기적으로 연결시킨다. 이렇게 연결된 활성탄 입자에 더 많은 소금이온이 흡착됨에 따라 기존 기술 대비 탈염 성능이 4배 이상 늘어났다.
김동국 박사는 “이번에 개발된 고전도성 흐름 전극기술은 기존 축전식 해수담수화 기술의 낮은 전도도로 인한 탈염 성능 저하 문제를 해결할 수 있는 기술”이라고 말했다.
nbgkoo@heraldcorp.com
