▲ 연구진이 개발한 이온선택성 나노분리막 사진

국내 연구진이 해수담수화와 같은 탈염공정의 에너지소비량을 절반이상 줄이는 기술을 개발했다.

한국에너지기술연구원(원장 김종남) 제주글로벌연구센터 박철호 박사 연구진은 해수담수화와 같은 탈염 공정에서 에너지 소비량을 혁신적으로 줄이는 이온선택성 나노분리막과 전기화학적 에너지 생성 시스템인 EC-desalination 공정 개발에 성공했다고 31일 밝혔다.

물 부족이 지속되는 가운데 해수를 깨끗한 물로 만드는 해수 담수화 기술이 주목받고 있다. 하지만 이 과정에는 많은 전기에너지가 필요하며 막대한 이산화탄소를 배출해 기후 변화를 초래해 해수 담수화 기술은 에너지 소비를 줄이는 게 핵심이다.

연구진은 기존 압력응답성 나노여과막에 이온선택성을 갖는 새로운 나노분리막을 개발했다. 이 기술은 나노여과막에 의한 탈염과정에서 이온의 선택적 투과에 의한 전위차를 발생시키는 에너지 하베스팅 개념을 도입, 전력소비량을 낮추는 신기술이다.

이 나노분리막은 기존 압력응답성 나노여과막의 기본 성능에 1가 이온과 양이온 또는 음이온을 선택적 투과해 막을 사이에 두고 이온의 선택적 이동에 따라 전위차를 발생시킨다. 마치 전기뱀장어가 전기를 생산할 때, 이온들로 채워진 막이 두 이온의 선택적 이동을 허용해 전력이 뿜어져 나오는 원리와 유사하다.

나노분리막을 통해 투과된 물에는 1가 이온이 함유되어 있어 식수원으로 사용하기 어렵다. 연구진은 투과수 내 이온을 제거하고 전극의 전위차를 활용하기 위해 활성금속삽입 전극을 도입해 에너지추출량을 증가시킴과 동시에 식수 사용도 가능토록 했다.

이렇게 완성된 탈염시스템은 역삼투법 독립 시스템에 비해 소비되는 에너지를 약 51% 수준까지 획기적으로 저감됐다.

연구책임자인 박철호 박사는 “기존 탈염 기술의 에너지효율 증대 한계성을 극복할 수 있는 하나의 큰 전기를 마련했다”며 “산업분야의 처리수 상태에 맞게 분리막과 전극이 쉽게 최적화 될 수 있어 가시적 수치이상으로 에너지소비량을 절감시킬 수 있을 것”이라고 말했다.

한편, 이번 연구는 산업통상자원부 소재부품기술개발사업의 지원을 받아 수행됐으며, 연구 결과는 소재공학 분야 저명 국제학술지인 ‘Nano Energy’ 4월 1일자 온라인 판에 게재됐다.