울산과학기술원이 신재생에너지 저장·활용과 해수 담수화를 동시에 수행할 수 있는 '이온 교환 담수 전지'를 개발했다.
울산과학기술원(UNIST·총장 박종래)은 안광진·김영식 에너지화학공학과 교수팀(이하 안 교수팀)이 충전 과정에서 해수에 포함된 나트륨과 염소를 포집해 염분을 제거하고 방전 과정에서 나트륨과 염소를 배출하는 이온 교환 담수 전지 개발에 성공했다고 23일 밝혔다.
기존 담수 전지는 충방전 과정에서 나트륨 포집과 배출은 가능했지만 염소 포집과 배출은 어려웠다. 염소는 흡탈착이 까다로워 전극에서 염소를 포집하는 순간 전자전도도가 낮아지고, 이로 인해 배출에 필요한 전기화학 반응이 원활하지 않게 되기 때문이다. 따라서 해수 담수화 과정에서 발생하는 이산화탄소 배출 문제도 해결할 수 없었다.
안 교수팀은 해수전지와 음이온교환수지를 이용해 이 문제를 해결했다. 에너지 저장목적으로 개발한 기존 해수전지에 양극부를 하나 더 추가해 충전 과정에서 사용할 해수와 방전 과정에서 사용할 해수를 분리하고, 이 해수를 음이온교환수지를 거쳐 순환하도록 설계했다.
이온 교환 해수-담수화 전지는 충전 과정에서 해수에 포함된 나트륨은 해수전지 음극으로 포집하고, 염소는 음이온교환수지로 포집해 방전 과정에서 배출한다.
안 교수팀은 375㎖의 해수를 공업용수 수준까지 탈염하는 데 성공했다. 기존 전지는 방전 시 염소의 60%가 전극에 잔류해 재생이 어려웠지만, 이를 99% 이상 제거해 우수한 재생능력을 확인했다.
실제 해수 환경에서도 정상 작동해 약 3.9 wt%(질량 백분률)의 해수를 약 0.7 wt% 수준까지 담수화했다. 공업용수로 활용 가능한 수치다.
안광진 교수는 “에너지 저장용 전지와 해수담수화 장비를 하나로 통합해 설비 비용을 절감할 수 있다. 해수담수화 기술 상용화 시기를 앞당길 것”이라고 말했다.
울산=임동식기자 dslim@etnews.com