한국에너지기술연구원(원장 김종남) 제주글로벌연구센터 박철호 박사 연구진은 해수담수화와 같은 탈염 공정에서 에너지소비량을 혁신적으로 절감할 수 있는 이온선택성 나노분리막과 전기화학적 에너지생성시스템인 EC-desalination 공정 개발에 성공했다.

이번에 개발된 기술은 기존의 압력응답성 나노여과막에 이온선택성을 갖는 새로운 나노분리막을 개발한 것으로 나노여과막에 의한 탈염과정에서 이온의 선택적 투과에 의한 전위차를 발생시키는 에너지 하베스팅 개념을 도입해 전력소비량을 혁신적으로 낮추는 신기술이다.

나노분리막을 통해 투과된 물에는 1가 이온이 함유돼 있어 식수원으로 사용하기 어려운데 이에 연구진은 투과수 내 이온을 제거하고, 전극의 전위차를 활용하기 위해 활성금속삽입전극을 도입해 에너지추출량을 증가시킴과 동시에 식수 사용도 가능토록 했다.

이렇게 완성된 탈염시스템은 역삼투법 독립시스템에 비해 소비에너지를 약 51% 수준까지 획기적으로 저감했다.

전 세계 수처리시스템 시장은 2021년부터 2028년까지 4.6%의 연평균 성장률을 보이고 있으며, 2028년이 되면 124억2,000만 달러에 이를 것으로 예상된다.

연구진이 이번에 개발한 기술은 대표적인 수처리 시장인 해수담수화뿐만 아니라 환경보호법에 따라 에너지소비량이 증가하는 산업용 폐수에도 적용할 수 있어 탈염 공정에 소비되는 에너지의 혁신적 저감을 통해 탄소중립에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

이번 연구책임자인 박철호 박사는 “이번 연구에서 개발된 나노분리막의 새로운 기능 구현으로 탈염과 동시에 에너지 하베스팅이 가능하다는 것을 처음으로 보여줬고, 기존 탈염기술의 에너지효율 증대 한계성을 극복할 수 있는 하나의 큰 전기를 마련했다,”며, “산업분야 처리수 상태에 맞게 분리막과 전극이 쉽게 최적화 될 수 있어 가시적 수치 이상으로 에너지소비량을 절감시킬 수 있을 것이다.”고 밝혔다.