에기연, 최고수준의 핵심기술 개발로 미래발전 교두보 마련
2020년까지 20kW급 파일롯프랜트 개발 및 실증기술 확보

[이투뉴스] 바닷물과 민물의 농도 차이를 이용해 전기를 생산하는 염분차발전에 대한 핵심기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다. 오는 2020년까지 20kW급 파일롯프랜트 개발을 통해 실증화 기술을 확보한다는 계획이다.

한국에너지기술연구원(원장 이기우)이 바다가 가진 무한한 에너지를 이용하는 ‘kW급 염분차발전 핵심기술’을 순수 국내 기술로 개발했다고 11일 밝혔다.

염분차발전은 바닷물과 민물의 농도 차이를 이용해 전기를 생산하는 기술로 발전과정에서 온실가스가 전혀 배출되지 않는 친환경 에너지 생산기술이다. 세계적으로 염분차발전 잠재량은 무려 2.6TW에 달한다. 이는 2600개의 원자력 발전소에서 연간 생산하는 전력에 해당한다.

염분차발전 핵심기술 개발은 정남조 에기연 해양융복합연구실 박사팀이 주도했다. 연구팀은 염분차발전의 대표적인 방식인 역전기투석 방식과 압력지연삼투 방식의 핵심 원천기술을 국내 최초로 모두 확보했다.

▲ 역전기투석 염분차발전 기술의 주요기술개발 이슈

역전기투석 방식은 스택 내의 이온교환막을 통해 바닷물과 민물   사이의 이온이 분리되고 이동할 때 발생하는 전위차를 이용해 전기를 생산하는 방식이다. 연구진은 이 방식의 500W급 염분차발전 스택을 개발해 kW급 모듈로 제작하는 기술을 국내  최초로 개발했다. 또 이온교환 분리막 성능도 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.

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(30달러/m²) 낮아졌다. 또 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 삼투막은 종이 형태의 평막에 비해 물의 이동 면적을 극대화할 수 있을 뿐 아니라 높은 전력밀도(9.0W/m²)를 나타내 우수성을 입증했다. 이는 염분차발전 뿐만 아니라 삼투막을 사용하는 해수담수화, 정수기 등 다양한 응용분야에 적용될 수 있을 것으로 보인다.

▲ 에너지기술연구원의 염분차발전 기술 개념 및 목표(~2020년)

에기연의 2020년까지 20kW급 파일롯프랜트 개발을 통한 대용량화 기술 및 독자 비즈니스모델을 개발함과 동시에 2018년 완공 예정인 ‘육해상에너지 융복합 실증플랫폼 구축’ 사업과 연계한다는 계획이다. 더불어 염분차발전을 통한 전기충전 인프라 실증 및 통합 운영·제어에 대한 기술력도 확보키로 했다.

현재 네덜란드와 일본 등 기술 선진국을 중심으로 수십 kW급 염분차발전 파일롯 플랜트가 개발되고 있으며, 2025년 이후 수 MW급의 상용화된 발전 플랜트 건설이 가능할 것으로 예상된다.

연구책임자인 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.

채덕종 기자 yesman@e2news.com 

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