신기술
건설연, 저에너지 해수담수화 분리막 개발 성공
우윤철 박사팀, 상용화 테스트 위해 제주글로벌연구센터에 파일럿 플랜트 구축
해수담수화는 해수에 압력을 가해 물 속 염분 등 용해물질을 제거하는 일련의 과정을 의미하며, 역삼투 공정이 시장에서 가장 큰 비중을 차지한다. 역삼투 공정은 분리막을 사이에 두고 해수 삼투압보다 강한 압력을 이용해 분리막으로 담수만 통과하게 만드는 방식이다. 그러나 처리비용이 일반 상수도를 이용하는 경우보다 2배 이상 비싸다는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하고자 역삼투 및 역전기투석 공정을 결합해 담수생산 단가를 낮추는 기술개발이 한창이다. 역전기투석 공정을 통과한 해수는 농도가 20〜30%가량 낮아지고, 그에 따라 운전 압력이 감소하게 되므로 에너지 사용량도 절약할 수 있다. 그러나 기존 분리막의 경우 고압용으로 제작됐기 때문에 기존 분리막을 활용해 역전기투석과 역삼투 공정을 연계하면 담수 생산량이 줄어드는 문제점이 있다.
건설연 우윤철 박사 연구팀은 ‘중압용 저에너지 역삼투 분리막’을 개발, 상용제품 규격 중 가장 많이 사용되는 4인치와 8인치 모듈 개발에 성공했다. 기존 역삼투 공정 분리막이 고압용 해수 담수화를 위한 구조로 구성되는 것과 달리 건기연이 이번에 개발한 신개념 분리막은 중압용으로 담수 생산량 증대 및 저에너지라는 장점이 있다. 또 적정 운전 압력이 30〜45바(bar)라는 면에서 차별점이 있다.
이 분리막을 사용할 경우 기존 공정 대비 에너지 사용량을 30% 이상 절약할 수 있으며 담수 생산 단가도 30〜50% 이상 절감할 수 있어 세계 시장에서도 경쟁력이 있을 것으로 기대된다.
연구팀은 제주시 구좌읍에 있는 한국에너지기술연구원 제주글로벌연구센터에 해수담수화 파일럿 플랜트를 구축했다. 설치된 플랜트는 제주 용암 해수를 활용하며, 역전기투석 장치와 결합해 일평균 100㎥ 이상의 담수를 생산할 수 있다.
연구책임자인 우윤철 수석연구원은 “중압용 고(高)수투과도 저에너지 분리막 모듈 제작 기술을 자체 원천 기술로 확보했으므로 해수담수화 공정의 큰 문제점 중 하나인 담수 생산 단가를 절감할 수 있어 세계 시장 경쟁력이 있을 것”이라며 “현재 확보한 분리막 모듈 제작 기술을 추가 개발해 더 높은 염제거율 및 에너지 사용량 감소를 위해 최선을 다할 것”이라고 밝혔다.
[『워터저널』 2021년 10월호에 게재]