"바닷물과 민물로 전기 만든다"...염분차 발전 기술개발

국내 연구진이 바닷물과 민물의 농도차이를 이용해 전기를 생산하는 ‘염분차 발전 기술’을 개발했다. 앞으로 바다가 가진 무한한 에너지를 이용해 온실가스 배출 없이 친환경 에너지를 생산하고, 미래형 대용량 발전시스템 개발을 통해 화력 및 원자력 발전 의존도도 낮출 수 있을 것으로 보인다.

한국에너지기술연구원(이하 에너지연구원)은 ‘kW(Kilowatt)급 염분차발전 핵심기술’을 순수 국내 기술로 개발했다고 11일 밝혔다.에너지연구원 해양융복합연구실 정남조 박사팀은 대표적인 염분차발전 방식인 역전기투석 방식과 압력지연삼투 방식의 핵심 원천기술을 국내 최초로 확보하는데 성공했다.

역전기투석 방식은 스택 내의 이온교환막을 통해 바닷물과 민물 사이의 이온이 분리되고 이동할 때 발생하는 전위차를 이용해 전기를 생산하는 방식이다. 연구진은 역전기투석 방식의 500W급 염분차 발전 스택을 개발해 kW급 모듈로 제작하는 기술을 국내 최초로 개발했다. 더불어 이온교환 분리막의 성능을 세계 최고 수준으로 끌어올렸다.

개발된 스택은 스택 내 압력으로 인한 에너지 손실을 최소화하면서 최대 용량까지 늘릴 수 있어 안정적으로 전기를 생산할 수 있다. 발전을 할 때 스택 내의 압력에 의해 에너지가 크게 손실되는 기존 염분차발전의 단점을 해결한 것이다.

또한 이온교환 분리막은 나노 크기의 기공에 이온교환 고분자를 채우는 세공충진 방식으로 제작됐다. 이를 통해 세계 최고로 꼽히는 네덜란드 제품 대비 전력밀도 성능이 10% 이상 향상됐으며(2.4W/m²) 제조원가는 절반 이하로(30$/m²) 낮아졌다. 더불어 기존 제품에 비해 4분의 1정도의 얇은 두께(25μm)로 제작할 수 있어 염분차발전 스택과 모듈의 소형화까지 동시에 이룰 수 있게 됐다.

압력지연삼투 방식은 물만 선택적으로 투과시킬 수 있는 삼투막을 바닷물과 민물 사이에 두고 농도 차에 의해 발생되는 삼투압으로 터빈을 돌려 전기를 생산하는 방식이다. 연구진은 발전의 핵심 소재인 중공사 형태의 삼투막을 개발하고 이를 모듈화 할 수 있는 원천 기술도 세계 최초로 확보했다.

빨대 모양으로 생긴 중공사 형태의 삼투막은 종이 형태의 평막에 비해 물의 이동 면적을 극대화할 수 있을 뿐 아니라 높은 전력밀도(9.0W/m²)를 나타내 우수성을 입증했다. 또한 염분차 발전 뿐만 아니라 삼투막을 사용하는 해수담수화, 정수기 등 다양한 응용분야에 적용될 수 있을 것으로 보인다.

전 세계를 기준으로 보면 염분차발전의 총 에너지 잠재량은 2.6TW(Terawatt)에 달한다. 이는 2천600개의 원자력 발전소에서 연간 생산하는 전력과 같은 양이다.