'물만 있으면 전기 생산'…韓 연구진, 염분차 발전 기술 대폭 개량

한국에너지기술연구원, 남주연 해양융복합연구팀 박사 연구팀

[아시아경제 김봉수 기자] 한국 연구진이 염수와 담수의 염분 농도 차이를 이용해 전기를 생산하는 '역전기투석 염분차 발전'의 성능을 대폭 개선하는 기술을 개발했다.

한국에너지기술연구원은 남주연 해양융복합연구팀 박사 연구팀이 염수와 담수의 염분 차이에 의해 전기를 생산하는 역전기투석 염분차 발전의 성능을 획기적으로 개선하는 기술을 개발했다고 29일 밝혔다.

염분차 발전은 전 세계적으로 2.6TW(테라와트)의 발전 잠재량을 가진 친환경적이고 안전한 에너지원이다. 또 기존 신재생에너지의 낮은 이용률 및 부하변동 문제를 가장 효과적으로 해결할 수 있는 에너지생산 기술로 무궁무진한 잠재력을 가졌다. 이 발전은 용액의 이온농도 차이를 전기에너지로 전환한다. 물만 있으면 탄소 배출 없이 전기를 생산할 수 있는 큰 장점이 있지만 상용화까지 아직 해결해야 할 과제가 남아있다. 대표적으로 농도분극현상과 유입수의 전처리 문제로 인한 에너지 손실과 비용 상승이다.

또 기존 역전기투석 스택은 적층된 이온교환막 사이로 염수와 담수가 동시에 유입되는 평행흐름(parallel flow) 방식을 주로 사용했다. 이 방식은 농도분극 현상을 최소화하기 위해 물의 유입 속도를 높여줘야 하고 이에 따라 펌핑 및 전처리 에너지가 많이 필요하고, 사이즈가 커지게 되어 집약적 플랜트의 설계가 어렵다.

연구팀은 새로운 캐스케이드형 역전기투석 스택을 개발했다. 이 스택은 단일 스택 내부를 여러 단계로 구분해 전 단계에서 사용한 물을 다음 단계에서 사용하도록 재순환시켜 유입수의 이용률을 높였고, 이로 인해 농도분극 현상은 현격히 줄이면서 높은 에너지효율을 유지했다.

캐스케이드 스택의 경우 기존 방식의 스택보다 순전력이 20% 향상됐다. 더불어 스택 내부에서 유입수의 이동거리(체류시간)가 길어져 누설전류(Leakage current)의 경로가 차단돼 더 많은 전류가 생성되는 것으로 확인됐다. 4단 스택을 이용해 최대 전력 생산을 위해 필요한 유입수의 부피를 4분의1로 저감할 수 있다. 기존 스택 대비 에너지 밀도는 최대 480%, 효율은 최대 420% 향상됐다.

이번 연구 결과는 수자원 분야 국제학술지 ‘워터 리서치(Water Research)’ 온라인 판에 지난 7월 게재됐다.

김봉수 기자 bskim@asiae.co.kr