한국에너지기술연구원 제주글로벌연구센터 박철호 박사 연구팀이 바닷물에서 염분을 제거해 담수로 만드는 해수 담수화에 투입되는 에너지 소비량을 절반으로 줄이는 기술을 개발했다.
이온선택성 나노분리막과 전기화학적 에너지 생성 시스템인 EC-desalination공정이다.
산업분야의 처리수 상태에 맞게 분리막과 전극이 쉽게 최적화 될 수 있어 가시적 수치이상으로 에너지소비량을 절감시킬 수 있을 것이라는 평가를 받고 있다.
연구팀은 압력을 활용하는 기존 나노여과막의 기본 성능에 1가 이온과 양이온 또는 음이온을 선택적으로 투과하는 이온선택성을 갖는 새로운 나노분리막을 제작했다.
이온을 선택적으로 투과하는 기능을 지녀 막을 사이에 두고 이온의 선택적 이동에 따라 전위차를 발생시킨다.
전위차에 의해 발생하는 에너지를 수확해 사용하는 에너지 하베스팅이 가능해져 전력소비량을 낮출 수 있다.
전기뱀장어가 전기를 생산할 때 이온들로 채워진 막이 두 이온의 선택적 이동을 허용해 전력이 뿜어져 나오는 원리다.
문제는 나노분리막을 통해 투과된 물에는 1가 이온이 함유돼 있어 식수원으로 사용하기 어렵다는 점이다.
연구팀은 투과수 내 이온을 제거하고 전극의 전위차를 활용하기 위해 활성금속삽입 전극(Intercalation)을 도입했다.
결과는 에너지추출량을 증가시켰으며 식수 사용도 가능해졌다.
완성된 탈염시스템은 역삼투법 독립 시스템에 비해 소비되는 에너지를 약 51% 수준까지 획기적으로 저감시켰다.
한편 물 수요가 증가하면서 바닷물을 먹을 수 있는 물로 만드는 해수 담수화 기술이 주목받고 있지만 막대한 전기 에너지 사용이 걸림돌로 작용하고 있다.
이번 연구 성과는 소재공학 분야 저명 국제학술지인 ‘나노 에너지(Nano Energy)’ 4월 1일자 온라인판에 게재됐다.
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