정삼투-역삼투 하이브리드 해수담수화 공정을 설명하고 있는 한국기계연구원 김유창 박사.

[아시아경제 이영철 기자] 수돗물 값으로 바닷물을 먹는 물로 만드는 기술이 개발됐다.

차세대 담수화 기술인 정삼투 공정을 써서 에너지소비를 확 줄인 해수담수화 공정 기술이 세계 두 번째로 국내에서 개발된 것.

정삼투(Forward Osmosis) 공정은 두 용액 사이에 삼투압차가 있을 때 일어나는 삼투현상을 이용, 바닷물에서 담수를 만드는 기술이다. 해수보다 삼투압이 높은 유도용액을 써서 정삼투막을 통해 담수를 이동시킨 뒤 재분리공정을 통해 이 유도용액에서 담수를 생산한다.

한국기계연구원(원장 직무대행 김석준) 열공정극한기술연구실 김유창 박사팀은 기존의 역삼투식 단일공정 대비 에너지소비를 20% 이상 줄인 정삼투(FO)-역삼투(RO) 하이브리드 담수화 공정을 개발하고 실제 해수를 이용한 파일럿실험에 성공했다고 9일 밝혔다.

과거엔 담수화기술로 해수를 증발시켜 담수를 얻는 증발법을 많이 써왔으나 최근엔 삼투압보다 큰 압력을 써서 담수를 얻는 역삼투기술 사용이 늘고 있다.

정삼투 기술은 이보다 에너지 효율을 더욱 높인 차세대 담수화기술이다.

김유창 박사팀이 개발한 ‘FO-RO 하이브리드 해수담수화 공정기술’은 고농도 유도용액으로 삼투압차만으로 해수에서 물과 염을 분리하는 1차 정삼투 과정과, 희석된 유도용액에 압력을 가해 담수와 유도용질을 분리하는 2차 역삼투 과정으로 설계돼 있다.

이번 기술개발로 담수화공정의 에너지효율이 높아졌고 해수담수화 보급의 가장 큰 장벽인 생산단가를 1t에 1000원 아래로 낮출 수 있게 됐다. 기존 역삼투 방식 생산단가는 1200~1300원대다.

정삼투-역삼투 하이브리드 해수담수화 공정의 3D 설계 모습.

현재 세계 선진연구그룹들이 정삼투기술의 담수화 적용을 위해 치열하게 경쟁하는 가운데 개발기술의 에너지효율은 세계 최고수준을 보였다. 또 국산화에 성공한 정삼투용 분리막(웅진케미칼 개발)도 기존 제품(미국 HTI사)보다 2배 수준으로 성능이 올라간 것을 확인했다.

지금까지 파일럿 규모 FO-RO 하이브리드 해수담수화 플랜트를 설계· 제작·운용기술을 가진 곳은 영국의 Modern Water사가 유일하다. 이번 기계연의 기술은 이곳보다 더 뛰어나다는 게 기계연의 설명이다.

현재 담수화에 가장 널리 쓰이는 역삼투 공정은 담수 1t 생산에 4~10kWh의 에너지가 쓰인다. 이 에너지 비용이 생산단가의 약 40%를 차지한다. 기계연의 기술을 쓰면 에너지를 15~20% 줄일 수 있다.

연구책임자인 김유창 박사는 “정삼투식 담수화기술은 이론적으로 오래된 기술이지만 분리막의 성능한계 및 재분리의 어려움 등으로 실용화에 실패한 난제였다”며 “우리 기술은 에너지 효율 문제를 해결해 상용화를 크게 앞당길 것”이라고 말했다.

이 기술은 해수 담수화 뿐 아니라 하수처리, 초고염도 폐수의 농축처리 등에도 쓰일 수 있다.

한편 이 기술은 10건의 특허가 국내외에 출원·등록됐다. 관련 연구결과는 수처리 환경분야의 권위 있는 저널인 ‘엔바이런멘털 사이언스 앤드 테크놀로지(Environmental Science & Technology)’에 실렸다.



이영철 기자 panpanyz@
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