기계연, 에너지 소비 줄인 해수담수화 공정기술 개발

김유창 박사

아주경제 이한선 기자 = 국내연구진이 차세대 담수화 기술인 정삼투 공정을 적용해 에너지 소비를 줄인 해수담수화 공정 기술을 세계에서 두 번째로 개발했다.

한국기계연구원은 열공정극한기술연구실 김유창 박사팀이 기존의 역삼투식 단일공정 대비 에너지 소비를 20% 이상 저감한 정삼투(FO)-역삼투(RO) 하이브리드 담수화 공정을 개발하고 실제 해수를 이용한 파일럿 실험에 성공했다고 9일 밝혔다.

정삼투 공정은 두 용액 사이에 삼투압차가 존재할 경우 일어나는 삼투현상을 이용해 해수에서 담수를 생산하는 기술로 해수보다 삼투압이 높은 유도용액을 사용해 정삼투막을 통해 담수를 이동시킨 뒤 재분리공정을 통해 이 유도용액에서 담수를 생산하는 공정이다.

과거에는 담수화 기술로 해수를 증발시켜 담수를 얻는 증발법이 주로 사용됐으나 최근에는 삼투압보다 큰 압력을 가해 담수를 얻는 역삼투 기술의 사용이 증가하고 있다.

정삼투 기술은 이보다 에너지 효율을 더욱 높인 차세대 담수화 기술이다.

김 박사팀이 개발한 FO-RO 하이브리드 해수담수화 공정 기술은 고농도 유도용액을 활용해 삼투압차만으로 해수에서 물과 염을 분리하는 1차 정삼투 과정과 희석된 유도용액에 압력을 가해 담수와 유도용질을 분리하는 2차 역삼투 과정으로 설계돼 있다.

이번 기계연의 기술 개발로 담수화 공정의 에너지효율 향상이 가능해졌고 해수담수화 보급의 가장 큰 장벽인 생산단가를 1톤당 1000원 이하로 낮출 수 있을 것으로 기대된다.

기존 역삼투 방식은 1200~1300원대였다.

현재 세계 선진 연구그룹들이 정삼투 기술의 담수화 적용을 위해 치열하게 경쟁하는 가운데 이번 개발한 기술의 에너지 효율은 세계 최고 수준을 상회하는 것으로 나타났고 국산화에 성공한 정삼투용 분리막(웅진케미칼 개발)도 기존 미국 HTI사 제품 대비 2배 수준으로 성능이 높다는 것을 확인했다.

현재까지 파일럿 규모의 FO-RO 하이브리드 해수담수화 플랜트의 설계, 제작, 운용기술을 확보한 곳은 영국의 모던 워터사가 유일하다.

이번 파일럿은 세계에서 두 번째에 해당하며 성능은 더 높다는 것이 기계연의 설명이다.

담수화에 가장 널리 사용 중인 역삼투 공정은 담수 1톤 생산에 4~10kWh의 에너지가 필요하고 이 에너지 비용이 생산단가의 40%를 차지한다.

기계연의 기술을 적용할 경우 에너지를 15~20% 줄일 수 있다.

김 박사는 “정삼투식 담수화 기술은 이론적으로 가능성이 제시된 지 꽤 오래된 기술이지만 분리막의 성능한계 및 재분리의 어려움 등으로 실용화에 번번히 실패한 난제였다”며 “이번에 개발된 FO-RO 하이브리드 공정 기술은 에너지 효율 문제를 해결해 정삼투식 담수화의 상용화를 크게 앞당길 것으로 기대되고 담수화 뿐 아니라 하수처리, 초고염도 폐수의 농축처리 등에도 활용이 가능하다”고 밝혔다.

이 기술은 현재 10건의 특허가 국내외에 출원․등록됐고 관련 연구결과는 수처리 환경 분야의 권위 있는 저널인 엔바이런멘털 사이언스 앤드 테크놀로지에 게재됐다.

연구팀은 내년부터는 실제 플랜트에 적용할 수 있는 스케일업 기술을 확보할 예정으로 향후 중동시장을 중심으로 본격적인 사업화를 추진할 계획이다.