에기연, 염분차 발전 성능 획기적 개선으로 고효율 스택 개발
에기연, 염분차 발전 성능 획기적 개선으로 고효율 스택 개발
  • 한국에너지
  • 승인 2021.10.12 14:07
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최소한의 물로 부지 면적 및 전처리 부담 축소
수자원 분야 세계적 권위지인 ‘Water Research’ 논문 게재
단일스택을 여러 스테이지로 구분하고 이전 스테이지의 염수와 담수 유출수가 다음 스테이지로 유입되는 구조의 캐스케이드 스택
단일스택을 여러 스테이지로 구분하고 이전 스테이지의 염수와 담수 유출수가 다음 스테이지로 유입되는 구조의 캐스케이드 스택

[한국에너지] 한국에너지기술연구원(원장 김종남) 해양융복합연구팀 남주연 박사 연구진은 염수와 담수의 염분 차이에 의해 전기를 생산하는 역전기투석 염분차 발전의 성능을 획기적으로 개선하는 기술을 개발했다.

염분차 발전은 전 세계적으로 2.6TW(테라와트)의 발전 잠재량을 가진 친환경적이고 안전한 에너지원으로 기존 신재생에너지의 낮은 이용률 및 부하변동 문제를 가장 효과적으로 해결할 수 있는 에너지생산 기술이다.

염분차 발전 기술은 용액의 이온농도 차이를 전기에너지로 전환하는 기술로 이 중 역전기투석(RED, Reverse Electrodialysis) 방식의 스택으로 음·양 이온교환막 양쪽에 위치한 전극의 표면에서 전기화학 반응을 통해 전자가 생성되며 전기가 발생한다.

사실 역전기투석 기술은 물만 있으면 탄소 배출 없이 전기를 생산할 수 있는 큰 장점이 있지만 상용화까지 아직 해결해야 할 과제가 남아있다. 대표적으로 농도분극현상과 유입수의 전처리 문제로 인한 에너지 손실과 비용 상승이다.

또한 농도분극(Concentration polarization) 현상은 이온교환막 표면에 이온이 농축되는 현상으로 이온의 이동을 감소시켜 발전 효율을 떨어뜨리는 원인이다. 이에 유량을 빠르게 공급해줘야 하는데 여기에는 많은 물이 투입되어야 하며, 투입 전 고형물과 부유물을 제거하기 위한 전처리 공정도 필요해 비용 상승의 원인이 된다.

이러한 문제를 해결하기 위해 연구진은 적은 양의 유입수를 이용해 농도분극 현상을 줄일 수 있는 새로운 구조의 고효율 역전기투석 스택을 개발했다.

반면 이번 연구에서 연구진은 새로운 캐스케이드형 역전기투석 스택은 단일 스택 내부를 여러 단계로 구분해 전 단계에서 사용한 물을 다음 단계에서 사용하도록 재순환시켜 유입수의 이용률을 높였고, 이로 인해 농도분극 현상은 현격히 줄이면서 높은 에너지효율을 유지했다.

전력 생산을 위해 필요한 유입수의 부피를 1/4로 저감할 수 있었으며 기존 스택 대비 에너지 밀도는 최대 480%, 효율은 최대 420% 향상됐다.

이번 연구 성과는 수자원 분야 세계적 권위지인 워터 리서치(Water Research)’ 7월 온라인 판에 게재됐다.

 

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