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태양광으로 물부족 해결! 태양광 해수담수화기술!
2020. 8. 19. 09:09
전세계적으로 물부족 문제는 심각한 이슈로 등장하고 있는데요. UN보고에 의하면 전 세계 인구의 20~30%가 심각한 물부족 현상을 겪고 있다고 합니다. 우리나라도 향후 물 부족이 심화될 국가로 분류되고 있어, 물 부족에 대한 대비가 필요한데요. 이를 위해 지구 표면의 70%를 차지하고 있는 해수를 담수화하는 기술에 대한 연구개발에 관심이 모아지고 있습니다.
특히 여러 담수화기술 중 최근 태양에너지를 이용한 담수화기술에 주목하고 있는데요. 태양에너지는 무공해, 무제한의 청정에너지로 환경을 보호하면서 담수를 확보할 수 있기 때문입니다.
해수담수화(seawater desalination)는 바닷물을 담수로 이용할 수 있도록 염분과 용해물질을 제거하여 음용수 및 생활용수, 공업용수 등을 얻어내는 수처리 과정을 의미하며, 이러한 기술을 ‘담수화기술’이라고 합니다.
▲출처: Veolia Middle East Youtube
증발법은 담수화 기술 중 가장 오래된 기술인데요, 간단히 설명 드리면 바닷물을 증발시키는 방법입니다. 열에너지를 이용해 염수를 증발시켜 발생한 수증기를 관 속으로 보내면 수증기는 액체로 변해 신선한 물이 만들어집니다.
2 막 기반 담수화기술
막 기반 담수화기술은 삼투현상을 기반으로하는 담수화기술인데요. 반투막을 사이에 두고 동일한 양의 저농도 용액(담수)와 고농도 용액(염수)을 일정한 시간 동안 두면 농도가 더 진한 쪽으로 농도가 덜 진한 용액이 이동하게 되는데, 이 때 발생하는 압력의 크기를 삼투압이라고 합니다.
그 중에서 역삼투법은 삼투압보다 높은 압력을 가해 농도가 진한 용액으로부터 담수만 빠져나오도록 하는 방법으로, 최근 많이 사용되고 있는 담수화기술 중 하나입니다.
3 전하 기반 담수화기술
물속에 용해되어 있는 물은 대부분 이온화되어 있는데요. 여기에 전극을 삽입해 전류를 흐르게 하면 양이온은 음극으로, 음이온은 양극으로 이동합니다. 양이온 또는 음이온을 선택적으로 통과시키는 막을 이용하면 이온 성분과 물의 분리가 가능합니다.
기존 해수담수기술은 전기 또는 열에너지를 많이 필요로 하기 때문에 에너지 비용이 많이 발생했습니다. 하지만 태양에너지를 기반으로한 태양광 해수담수기술은 외부로부터 전기나 열에너지를 공급할 필요가 없고 이산화탄소가 발생하지 않아 경제적이면서도 친환경기술로 주목받고 있습니다.
태양광 해수담수화기술은 빛에너지를 열에너지로 변환하는 ‘광열반응’으로 해수를 증발시켜 얻은 증기를 응축해 식수로 회수하는 방식인데요. 하지만 증발효율이 낮아 식수생산량이 많지 않고 해수가 증발하면서 멤브레인 표면에 생기는 소금 결정 때문에 증발 성능을 지속적으로 유지하기 어렵다는 단점이 있습니다.
#초고효율 태양광 해수담수화기술의 등장
최근 별도의 전처리과정없이 높은 증발 성능을 지속시킬 수 있는 고효율 태양광 담수화 기술이 개발되어 관심을 모으고 있는데요. 포스텍 연구팀은 저렴한 각설탕으로 만든 증발용 광열 멤브레인을 개발하고, 이를 통해 태양광을 이용해 해수나 염수로부터 장기간 안정적이고 많은 양의 식수를 생산해낼 수 있는 성능을 확인했습니다. 또한 이렇게 담수화한 물은 세계보건기구(WHO)와 미국 환경보호청(EPA)의 식수기준을 만족한다고 합니다.
기존 해수담수화기술이 많은 에너지를 필요로 하여 높은 생산비용은 물론 많은 이산화탄소를 배출하여 효율성이 낮았지만, 이번에 개발된 초고효율 태양광 해수담수화기술을 통해 보다 친환경적으로 장시간 안정적으로 해수를 담수화할 수 있게 되었습니다. 태양광 에너지를 활용한 해수담수화기술이 미래 물부족을 해결할 수 있는 하나의 대안이 될 수 있기를 바래 봅니다.
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