해수 담수화 에너지 소비량 확 낮췄다

에너지연, 이온선택성 나노분리막 통해 탈염과 동시에 에너지 추출

바닷물에서 염분을 제거해 깨끗한 물로 만드는 해수 담수화에 필요한 막대한 에너지 소비량을 절반으로 줄이는 기술이 개발됐다. 

한국에너지기술연구원(원장 김종남)은 제주글로벌연구센터 박철호 박사 연구진이 해수 담수화와 같은 탈염 공정에서 에너지 소비량을 혁신적으로 절감할 수 있는 이온선택성 나노분리막과 전기화학적 에너지 생성 시스템 공정을 개발했다고 30일 밝혔다. 

연구진은 압력을 활용하는 기존 나노여과막의 기본 성능에 이온선택성을 갖는 새로운 나노분리막을 개발했다. 이 나노분리막은 이온을 선택적으로 투과하는 기능을 가져, 막을 사이에 두고 이온의 선택적 이동에 따라 전위차를 발생시킨다. 전위차에 의해 발생하는 에너지를 수확해 사용하는 에너지 하베스팅이 가능해져 전력소비량을 낮출 수 있다.  

이온선택성 나노분리막 사진 (자료=에너지연)

그러나 나노분리막을 통해 투과된 물에는 1가 이온이 함유돼 있어 식수원으로 사용하기 어렵다. 이에 연구진은 투과수 내 이온을 제거하고 전극의 전위차를 활용하기 위해 활성금속삽입 전극(Intercalation)을 도입, 에너지 추출량을 증가시킴과 동시에 식수 사용도 가능토록 했다. 이렇게 완성된 탈염시스템은 기존 역삼투법 독립 시스템에 비해 소비 에너지를 약 51% 수준까지 줄였다. 

이 기술을 해수 담수화와 산업용 폐수 등에 적용, 탈염 공정의 에너지 소비를 줄여 탄소중립에 기여할 수 있을 것으로 연구진은 기대했다. 박철호 박사는 "나노분리막의 새로운 기능 구현으로 탈염과 동시에 에너지 하베스팅이 가능하다는 것을 처음 보여줬고 기존 탈염 기술의 에너지효율 증대 한계성을 극복할 수 있는 전기를 마련했다"라며 "산업 분야의 처리수 상태에 맞게 분리막과 전극이 쉽게 최적화 될 수 있어 가시적 수치 이상으로 에너지소비량을 절감시킬 수 있을 것"이라고 말했다. 

이번 연구는 산업통상자원부 소재부품기술개발사업의 지원을 받아 수행됐으며, 연구 성과는 학술지 '나노 에너지(Nano Energy)'에 게재됐다.