미래에너지, 바닷물에 답이 있다

■ 에기연, 국내 최초 kW급 염분차발전 원천기술 개발

■ 세계 최고수준의 원천기술 개발로 미래 염분차발전 교두보 마련 

□ 한국에너지기술연구원(원장 이기우, 이하 에기연)은 바다가 가진 무한한 에너지를 이용하는 ‘kW(Kilowatt)급 염분차발전 핵심기술’을 순수 국내 기술로 개발했다.

○ 염분차발전 기술은 바닷물과 민물의 농도 차이를 이용해 전기를 생산하는 기술로 발전과정에서 온실가스가 전혀 배출되지 않는 친환경 에너지 기술이다.

○ 전 세계를 기준으로 보면 염분차발전의 총 에너지 잠재량은 무려 2.6TW(Terawatt)에 달한다. 이는 2,600개의 원자력 발전소에서 연간 생산하는 전력과 같은 양이다.

□ 한국에너지기술연구원 해양융복합연구실 정남조 박사팀은 대표적인 염분차발전 방식인 역전기투석 방식과 압력지연삼투 방식의 핵심 원천기술을 국내 최초로 확보하는데 성공했다.

□ 역전기투석 방식은 스택 내의 이온교환막을 통해 바닷물과 민물 사이의 이온이 분리되고 이동할 때 발생하는 전위차를 이용해 전기를 생산하는 방식이다. 연구진은 역전기투석 방식의 500W급 염분차발전 스택을 개발해 kW급 모듈로 제작하는 기술을 국내 최초로 개발했다. 더불어 이온교환 분리막의 성능을 세계 최고 수준으로 끌어올렸다.

○ 개발된 스택은 스택 내 압력으로 인한 에너지 손실을 최소화하면서 최대 용량까지 늘릴 수 있어 안정적인 전기 생산이 가능하다. 발전을 할 때 스택 내의 압력에 의해 에너지가 크게 손실되는 기존 염분차발전의 단점을 해결한 것이다.

○ 또한 이온교환 분리막은 나노 크기의 기공에 이온교환 고분자를 채우는 세공충진 방식으로 제작됐다. 이를 통해 세계 최고로 꼽히는 네덜란드 제품 대비 전력밀도 성능이 10% 이상 향상됐으며(2.4W/m²) 제조원가는 절반 이하로(30$/m²) 낮아졌다. 또한 기존 제품에 비해 4분의 1정도의 얇은 두께(25μm)로 제작할 수 있어 염분차발전 스택과 모듈의 소형화까지 동시에 이룰 수 있게 됐다.

□ 압력지연삼투 방식은 물만 선택적으로 투과시킬 수 있는 삼투막을 바닷물과 민물 사이에 두고 농도 차에 의해 발생되는 삼투압으로 터빈을 돌려 전기를 생산하는 방식이다. 연구진은 발전의 핵심 소재인 중공사 형태의 삼투막을 개발하고 이를 모듈화 할 수 있는 원천 기술도 세계 최초로 확보했다.

○ 빨대 모양으로 생긴 중공사 형태의 삼투막은 종이 형태의 평막에 비해 물의 이동 면적을 극대화할 수 있을 뿐 아니라 높은 전력밀도(9.0W/m²)를 나타내 우수성을 입증했다. 또한 염분차발전 뿐만아니라 삼투막을 사용하는 해수담수화, 정수기 등 다양한 응용분야에 적용될 수 있을 것으로 보인다.

□ 현재 네덜란드와 일본 등 기술 선진국을 중심으로 수십 kW급 염분차발전 파일롯플랜트 기술이 개발되고 있으며, 2025년 이후 수 MW(Megawatt)급의 상용화된 발전 플랜트 건설이 가능할 것으로 예상된다.

□ 연구책임자인 에기연 정남조 박사는 “염분차발전은 향후 전 세계의 에너지 공급을 좌우할 핵심 기술”이라며, “이번 기술개발을 계기로 염분차발전 기술 분야에 연구 역량을 집중해 우리나라가 선도적 역할을 할 수 있도록 노력하겠다”고 밝혔다.

□ 에기연의 이기우 원장 역시 “2020년까지 20kW급 염분차발전 파일롯플랜트와 핵심 기술을 개발하고 그간 개발된 기술을 전기충전 인프라에 연결해 실증할 계획”이라고 밝혔다.

▣ 문의 : 한국에너지기술연구원 제주글로벌신재생에너지연구센터

            정 남 조 박사 (064-800-2229)