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해수 담수화라는 키워드에 대해서 많이 들어보셨을 텐데요. 바닷물로부터 염분을 포함한 용해 물질을 제거하여 해수를 담수로 생산하는 과정을 말합니다. 해수를 담수화하는 방법으로는 대표적으로 증류법과 역삼투법이 있습니다. 이 중에서도 역삼투법은 염분이 들어 있는 바닷물의 특성을 활용한 방법인데요. 순수한 물과 바닷물의 염도 차이를 이용하여 바닷물의 용매인 물을 순수한 물 쪽으로 이동시키는 방법입니다. 그런데 여러분, 이 염분 차가 최근 신재생 에너지로 주목받고 있는 것, 알고 계시나요? 지금부터 이 염분 차 에너지에 대해 낱낱이 파헤쳐보도록 하겠습니다!

 


[염분 차 발전]

ⓒ픽사베이

 

염분 차 에너지란 민물과 바닷물이 포함하고 있는 이온의 농도 차에 의해 발생하는 화학적 에너지를 말합니다. 농도 차이가 필요하기 때문에 대부분의 염분 차 발전은 강과 바다가 만나는 곳에서 이루어지고 해수를 담수화할 때 이용했던 삼투압의 원리를 통해 전기를 생산합니다. 이때 삼투압을 통해 압력의 차이가 발생합니다. 즉 염분 차 발전은 염분의 차이와 압력의 차이를 통해 에너지를 생산하는 것입니다. 압력 차와 염분 차는 동시에 고려되는 사항이지만 각각의 효과에 중점을 둔 방법으로 구분할 수 있습니다.


[염분 차 발전 방식]

ⓒ에듀넷
ⓒ에듀넷

 

압력 차를 이용한 방식을 압력지연삼투 발전(PRO), 이온 차를 이용하는 방식을 역전기 투석 발전(RED)이라고 합니다. 압력지연삼투 기술은 맨 처음 언급한 해수 담수화에도 사용되는 기술입니다. 삼투압 현상으로 인해 바닷물의 압력이 높아지는데 이를 통해 발생한 물의 흐름으로 터빈을 돌려 전기를 생산합니다. 반면에 역전기 투석 기술은 이온들의 산화, 환원 반응에 의해 발생하는 전자의 흐름을 사용하는 방식입니다. 그래서 터빈이 필요 없다는 장점이 있죠.

 

[한계점]

하지만 이러한 방법들은 에너지 효율 측면에서 한계가 있습니다. 이온 이동을 감소시켜 이온이 농축되버리는 농도분극현상이 발생하는데요. 이 현상을 방지하기 위해서는 많은 양의 물과 부유물을 제거하기 위한 유입수 전처리 공정이 필요하기 때문에 발전 효율이 떨어지고 비용이 많이 드는 문제점이 있습니다. 그래서 상용화되지 못했는데요.

 

[역전기 투석 기술의 성능 개선]

ⓒ에너지신문

 

최근 농도분극현상의 문제점을 보완한 캐스케이드형 고효율 역전기투석 스택이 개발되었습니다. 기존의 역전기투석 스택이 염수와 담수가 동시에 유입되는 방식을 사용한 것과 달리 새로운 캐스케이드형 역전기 투석 스택은 전 단계에서 사용한 물을 다음 단계에서도 사용할 수 있도록 재순환시킴으로서 효율은 높이고 농도분극현상은 현저히 줄였습니다.

게다가 유입수의 스택 내 체류 시간이 길어짐에 따라 전류 누설을 막아주어 더 많은 양의 전류를 생성할 수 있습니다. 생산된 전력에서 전처리에 소모되는 전력을 뺀 전력량인 순전력 또한 향상되었습니다. 오래 상용화되지 못했던 이유인 에너지 효율 문제와 전처리 문제를 마침내 해결할 수 있게 된 것이죠.


[한전의 해수 담수화]

 

이렇듯 해수의 농도 차, 염분 차를 이용한 친환경 기술들은 계속해서 발전하고 있습니다. 또한 이 글의 시작에서 언급했던 해수 담수화를 위해 한국전력에서도 많은 노력을 기울여왔는데요. 2016년에는 본격적으로 이란 에너지 시장 진출에 진출하여 이란 내 전력기관들과 협업하여 담수화 사업을 추진하였습니다. 이에 그치지 않고 2019년에는 사우디아라비아의 해수 담수화 시장에 진출하여 7800억 원 규모의 해수 담수화 플랜트 수주에 성공하며 한전의 기술력을 입증한 바 있습니다.

 

[염분 차 발전 의의]

ⓒ픽사베이

지금까지 해수를 이용한 에너지에 대해 알아보았고 그중에서도 특히 염분의 차이를 이용한 염분 차 에너지, 그리고 염분 차 에너지를 생산하기 위한 역전기투석기술에 대해 다루었습니다. 염분 차 발전은 해수를 이용한 친환경 재생에너지이기 때문에 온실가스 배출도 줄일 수 있는 굉장한 혁신이라고 볼 수 있습니다. 이 시대의 '블루에너지'! 민물과 바닷물을 혼합하여 만드는 염분 차 발전의 무궁무진한 발전을 기대해봅니다!

 

 

 


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