태양열만으로 '해수담수화', 약품없이 오염물질 제거

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정성필 KIST 물자원순환연구단

태양열로 해수담수화 공정을 진행, 오염물질을 줄이고 순수한 물을 생산해낸다. 게티이미지뱅크

태양열로 해수담수화 공정을 진행, 오염물질을 줄이고 순수한 물을 생산한다. 게티이미지뱅크

바닷물을 가열해 순수한 물을 얻는 '해수 담수화' 공정을 더 안정적으로 운영할 수 있는 기술이 고안됐다.

한국과학기술연구원(KIST)는 정성필 물자원순환연구단 책임연구원 연구팀이 해양담수화에 필요한 분리막을 안전하고 친환경적으로 세척할 수 있는 기술을 개발해 국제 학술지 'NPI 클린 워터'에 지난달 5일 게재했다고 20일 밝혔다.

해수담수화는 바닷물에서 염분 등의 용해물질을 제거해 순수한 물을 얻는 수처리 과정이다. 얻은 물은 생활용수, 공업용수는 물론 음용수로도 쓰일 수 있어 담수가 부족한 중동 지역에서 다수 시행된다.

막증류 공정은 해수담수화 기술 중 하나로, 바닷물을 가열해 발생한 수증기를 소수성(물 분자와 쉽게 결합되지 않는 성질)을 지닌 분리막을 거치게 해 염분이 빠진 순수한 물을 얻는 공정이다. 태양열을 이용해 해수를 가열하는 탄소중립적 방법이 시도됐으나, 해가 떠 있는 낮시간인 4~5시간만 활용할 수 있다는 한계가 있다.

장치가 구동되지 않는 시간엔 해수가 분리막에 접촉한 채 증발된다. 이에 따라 탄산칼슘(CaCO₃) 또는 황산칼슘(CaSO₄)이 분리막 표면에 쌓이는 '막오염'이 발생한다. 담수 생산량이 감소하거나 담수 자체가 오염되는 것이다. 일반적으론 막오염 물질을 세척하기 위해 산, 염기 및 차아염소산 등의 약품을 사용한다. 세척 후 발생한 폐수를 처리하기 위한 환경비용도 만만찮다.

연구팀은 화학약품을 사용하지 않고 분리막을 물리적으로 세척하는 기술을 개발했다. 분리막과 접촉한 채로 방치되는 농축 해수를 배수하고, 생산된 담수로 세정한 뒤 건조했다. 그 결과 다음 운전을 시작할 때 막오염과 막젖음이 발생하지 않는 것을 확인했다. 총 96시간, 4회를 반복한 시험해서 분리막의 성능을 감소시키지 않고 안정적으로 공정을 진행할 수 있었다.

특히 태양열에 따른 온도 변동을 모사하기 위해 인공해수 온도를 1시간에 10°C씩, 8시간 동안 20°C에서 80°C까지 올리거나 줄인 후, 나머지 16시간 동안 실험실 온도(20°C)에서 방치하는 방식으로 막증류 공정을 거쳤다. 이를 통해 태양열이 없는 조건에서도 태양에너지 변동에 따라 막오염과 막젖음이 어떻게 발생하는지 관찰할 수 있었다.

정 책임연구원은 "전기 인프라나 운영비 지원이 부족한 개도국 또는 오지에서 태양열만으로 담수화 시스템을 안정적으로 운용할 수 있을 것"이라고 연구의 의의를 밝혔다.