기존 해수담수화 공정 에너지 사용량을 30% 이상 절감할 수 있는 신개념 원천기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다.

한국건설기술연구원은 저에너지 해수담수화 역삼투(Reverse Osmosis, RO) 공정을 위한 중압용 저에너지 분리막 제조 기술 개발 및 해당 분리막을 활용한 파일럿 플랜트를 제주도에 구축했다고 8월31일 밝혔다.

해수담수화는 바닷물을 생활용수나 공업용수로 사용하기 위해 염분 등의 물질을 제거하는 일련의 과정을 의미한다. 

해수담수화의 다양한 방식 중 분리막을 활용하는 방식인 역삼투 공정은 시장에서 가장 큰 비중을 차지하고 있다. 

역삼투 공정은 기존 해수담수화 공정에서 사용하던 증발법보다 에너지 사용량이 적어 담수 생산 단가가 낮은 장점이 있다.

역삼투 공정의 경우 분리막을 사이에 두고 해수의 삼투압보다 강한 압력을 이용해 분리막으로 담수만 통과하게 만드는 방식이다. 

하지만 담수 생산을 위해 역삼투 공정을 처리하는 비용이 일반 상수도를 이용하는 경우보다 2배 이상 비싸다는 문제점이 있다.

이를 해결하기 위해 역삼투 및 역전기투석 공정을 결합해 담수생산 단가를 낮추는 방법이 연구되고 있다.

역전기투석 공정을 통과한 해수는 농도가 20~30%가량 낮아지고 그에 따라 운전 압력도 감소하게 되므로 에너지 사용량도 절약할 수 있다.

그러나 기존 분리막의 경우 고압용으로 제작됐기 때문에 기존 분리막을 활용해 역전기투석과 역삼투 공정을 연계하면 담수의 생산량이 줄어드는 단점이 있다.

건설연 우윤철 박사 연구팀은 이같은 문제점 해소를 위해 ‘중압용 저에너지 역삼투 분리막’을 개발, 국내 최초로 상용제품 규격 중 가장 많이 사용되는 4인치와 8인치 모듈 개발에 성공했다.

기존 고압용 해수 담수화를 위한 역삼투 공정 분리막과 달리 연구팀이 개발한 분리막은 중압용으로 담수 생산량 증대 및 저에너지라는 장점이 있다. 

이 분리막 사용 시 기존 공정 대비 에너지 사용량을 30% 이상 절약할 수 있고 담수 생산 단가도 30~50% 이상 절감할 수 있어 세계 시장에서도 경쟁력이 있을 것으로 건설연은 기대했다.

연구팀은 특히 상용화 기술의 테스트베드 구축을 위해 한국에너지기술연구원의 제주글로벌연구센터에 해수담수화 파일럿 플랜트를 구축했다.

설치된 플랜트는 제주 용암 해수를 활용하며, 역전기투석 장치와 연계한 것으로 담수는 일평균 100m3  규모를 생산할 수 있다.

연구책임자인 우윤철 박사는 “중압용 고 수투과도 저에너지 분리막 모듈 제작 기술을 자체 원천기술로 확보해 해수담수화 공정의 큰 문제점 중 하나인 담수 생산 단가를 절감할 수 있어 세계 시장에서도 경쟁력이 있을 것”이라고 말했다. 또한 “현재 확보한 분리막 모듈 제작 기술을 추가 개발해 더 높은 염제거율 및 에너지 사용량 감소를 위해 최선을 다할 것”이라고 덧붙였다.

저에너지 해수담수화 분리막 모듈화 플랜트