□ 인구 증가에 따른 물 사용량의 급증, 경제성장과 도시화에 따른 생활 폐수 및 공업용수의 수요 증가, 기후변화에서 기인한 국지적인 물 부족 문제는 더욱 심화되고 있다. 이에 따라 2025년에는 전 세계의 물 수요량이 지난 1995년 수준보다 약 40% 증가할 것이며, 급격한 물 수요의 증가로 인해 심각한 물 부족 현상이 발생할 것으로 예상된다.

◦ 이러한 물 부족 현상으로 인해 수도 및 하수처리장 등의 시설이 정비되어 있지 않은 도서 및 해안지역이 직접적으로 피해를 입을 것으로 보여지며, 따라서, 국지적 물 부족지역 여건에 적합한 중소규모의 독립전원용 해수담수화 플랜트 시설 개발이 필수적이다.

 
□ 한국에너지기술연구원(황주호 원장)은 기후변화에 따른 국지적인 물 부족 해결과 전력망 연결이 어려운 고립지역을 위해 중소규모의 새로운 해수담수화 모델로써 담수 1톤 생산에 12kWh 에너지가 소요되는 『고효율 무방류 풍력발전 연계 MVR해수담수화 파일롯 플랜트』를 순수 국내기술로 최초 개발해 실증운전에 성공했다.

◦ 연구원은 중소규모의 고효율 해수담수화 플랜트 개발을 위해 MVR히트펌프시스템을 개발하고 3)엑서지(exergy) 개념에 기초한 기본설계(FEED)를 통해, 12kWh의 에너지로 깨끗한 물 1톤을 생산할 수 있는 고효율 기술을 확보했다.

◦ 이번에 개발된 플랜트는 15℃의 4)용암해수가 예열기를 거쳐 온도 상승(70~80℃) 후 열교환기를 통해 증발기로 보내지며, 증발기에서는 증발을 통해 생성된 100℃의 증기를 MVR(기계적 증기 압축기)에서 가온‧가압 하여 110℃의 증기로 만들게 된다. 110℃의 증기는 열교환기로 들어가 예열기를 거친 용암해수의 온도(70~80℃)를 상승시키고 응축수 탱크에 저장되며 응축수 탱크에 저장된 응축수는 다시 예열기에서 15℃의 용암해수와 열교환을 통해 용암해수의 온도를 상승시킨 후 담수 탱크에 저장되는 순환 구조로 운전된다. 증기를 가온‧가압하기 위해 MVR시스템을 거치며, 이때 사용되는 전력량이 풍력발전을 통해 해소됨으로써 에너지 효율을 크게 높인 것이 이 기술의 핵심이다.

◦ 이번에 개발된 풍력발전 연계 MVR해수담수화 플랜트는 한국에너지기술연구원 지역 조직인 제주글로벌신재생에너지연구센터(JGRC)에 설치되었으며 하루 최대 75톤 용량의 용암해수를 처리할 수 있고, 올해 6월까지 실시한 실증운전 결과 12.4kWh의 에너지만 투입되면 담수 1톤 생산이 가능하며, 기존 5)상용화된 증발법에 사용된 에너지 대비 18% 수준으로 최고 효율을 나타내고 있어 증발법 중 가장 경제성이 뛰어나다.

□ 김동국 박사 연구팀이 개발한 MVR해수담수화 시스템은 담수 생산에 필요한 에너지를 재생에너지원인 풍력과 연계하여 구축함으로써 탄소배출 저감 효과도 기대할 수 있게 되었고, 풍력의 시간대별 발전량에 맞춰 시스템이 운영될 수 있도록 설계함으로써, 전력 공급이 원활하지 않은 고립지역에서도 독립적으로 운전할 수 있는 고효율 담수플랜트를 국내 자체기술로 공급할 수 있게 되었다.

 
□ 또한, 이번에 개발된 기술은 기존의 증발 담수화과정과 달리 농축수를 방류하지 않는 친환경 담수 시스템으로 농축방류수로 인한 해양생태계에 미치는 영향을 근본적으로 배제시켰으며, 담수화의 부산물인 농축수를 유용한 자원으로 탈바꿈시킬 수 있도록 18% 이상의 농축염수를 제조하는 저 파울링 고농도 농축기술도 함께 확보했다.

◦ 기존 증발법에서는 담수화 과정의 부산물인 농축염수를 바다에 방류시켜 염도 증가, 해수 온도 상승, 탁도 증가, 화학첨가제 오염 등으로 해양생태계에 악영향을 끼쳤지만, 풍력발전 연계 MVR해수담수화 시스템은 담수 후 남은 농축수를 방류하는 대신에 ‘결정화 농축장치’를 통해 18% 이상의 고농도로 농축시켜 소금을 생산할 수 있도록 응용, 플랜트의 부가가치를 현저하게 높였다.

□ 연구책임자인 김동국 박사는 풍력발전 연계 MVR 해수담수화 시스템 개발을 통해 “해양생태계를 변화시키는 농축염수를 고부가가치의 미네랄 이나 소금으로 제조하여 담수시설의 경제성을 제고할 수 있으며 운전에 소비되는 에너지를 신재생에너지원으로 대체함으로써 기존 전력망 연결이 어려운 고립지역에 독립적인 담수생산이 가능해지는 등 경제․산업적으로 상당한 효과를 거둘 것”이라고 밝혔다.