한국과학기술연구원(KIST·원장 윤석진)은 송경근 물자원순환연구단 박사팀이 태양에너지와 수열 히트펌프를 결합해 막 증류 과정에서 열에너지 소비를 줄인 하이브리드 담수화 모듈을 개발했다고 4일 밝혔다.
해수 담수화 공정 중 역삼투법과 증발법은 높은 압력과 온도에서만 구동된다는 문제가 있다. 막 사이 원수·처리수 온도 차로 발생하는 증기압을 이용해 담수를 생산하는 막증류법은 대기압보다 낮은 0.2~0.8bar 기압, 50~60도 사이에서 담수 생산이 가능해 에너지 소모가 적은 장점이 있다. 하지만 규모가 커질수록 많은 열에너지를 전달해야 하기 때문에 열에너지 소비를 줄이는 연구가 필수다.
연구진은 한 달간 현장 테스트로 태양열 에너지 유무와 수열 히트펌프 사용에 따른 시스템 성능과 경제성을 비교해 하이브리드 담수화 기술을 개발했다. 태양에너지를 병행해 시스템을 운용할 경우 기존 수열 히트펌프를 이용한 막증류 방식보다 생산량이 9.6%만큼 증가했고 에너지 사용량은 30% 절감됐다. 또 태양에너지 유무로 소비되는 열에너지 양을 비교했을 때 태양에너지를 추가 열원으로 이용했을 경우 막증류 플랜트 공정 효율이 17.5%까지 상승함을 확인할 수 있었다.
송경근 박사는 “이번에 개발한 하이브리드 담수화 기술은 담수 생산에 소비되는 에너지를 절감할 수 있어 물 공급에 어려움을 겪고 있는 일부 산업단지와 도서 지역 용수공급 방법으로 고려될 수 있다”며 “우리나라보다 연평균 일사량이 1.5배 이상인 중동, 동남아시아 지역에서는 중요한 용수 공급시설로 운영이 기대된다”고 말했다. 이어 “막증류는 원수 수질에 크게 영향을 받지 않기 때문에 수질오염으로 원수의 수질이 악화한 지역과 중금속 검출이 잦은 지역 식수 공급용으로도 적용 가능할 것”이라고 밝혔다.
이번 연구는 과학기술정보통신부 지원으로 STEAM 연구사업 일환인 BRIDGE 융합연구개발사업으로 수행됐으며, 기계 분야 국제 저널인 'Energy conversion and management' (JCR 분야 상위 1.812%) 최신 호에 게재됐다.
김영준기자 kyj85@etnews.com
