한국건설기술연구원은 저에너지 해수담수화 역삼투(Reverse Osmosis, RO) 공정을 위한 중압용 저에너지 분리막 제조 기술을 개발하고, 파일럿 플랜트를 제주도에 구축했다고 31일 밝혔다.

해수담수화는 바닷물을 생활용수나 공업용수로 사용하기 위해 염분 등의 물질을 제거하는 일련의 과정을 의미한다. 해수담수화의 다양한 방식 중 분리막을 활용하는 방식인 역삼투 공정이 시장에서 가장 큰 비중을 차지하고 있다. 역삼투 공정은 기존 해수담수화 공정에서 사용하던 증발법보다 에너지 사용량이 적어 담수 생산 단가가 낮은 장점이 있다. 

역삼투 공정의 경우 분리막을 사이에 두고 해수의 삼투압보다 강한 압력을 이용해 분리막으로 담수만 통과하게 만드는 방식이다. 그러나 담수 생산을 위해 역삼투 공정을 처리하는 비용이 일반 상수도를 이용하는 경우보다 2배 이상 비싸다는 문제점이 있다.

이를 해결하고자 역삼투 및 역전기투석 공정을 결합해 담수생산 단가를 낮추는 방법이 연구됐다. 역전기투석 공정을 통과한 해수는 농도가 20~30%가량 낮아지고, 그에 따라 운전 압력도 감소하게 되므로 에너지 사용량도 절약할 수 있다. 하지만 기존 분리막의 경우 고압용으로 제작됐기 때문에 기존 분리막을 활용해 역전기투석과 역삼투 공정을 연계하면 담수의 생산량이 줄어드는 문제점이 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 건설연 우윤철 박사 연구팀은 ‘중압용 저에너지 역삼투 분리막’을 개발, 국내 최초로 상용제품 규격 중 가장 많이 사용되는 4인치와 8인치 모듈 개발에 성공했다. 

기존의 역삼투 공정 분리막들은 고압용 해수 담수화를 위한 최적의 구조로 구성되어 있다. 그러나 건설연에서 개발한 신개념 분리막은 중압용이며, 담수 생산량 증대 및 저에너지라는 장점이 있고, 적정 운전 압력이 30~45 bar라는 면에서 차별점이 있다.

상용화 기술의 테스트베드 구축을 위해 한국에너지기술연구원의 제주글로벌연구센터(제주시 구좌읍)에 해수담수화 파일럿 플랜트를 구축했다. 설치된 플랜트는 제주 용암 해수를 활용하며, 역전기투석 장치와 연계한 것으로 담수는 일평균 100m3 규모를 생산할 수 있다. 

우윤철 수석연구원은 “중압용 고 수투과도 저에너지 분리막 모듈 제작 기술을 자체 원천기술로 확보했으므로 해수담수화 공정의 큰 문제점 중 하나인 담수 생산 단가를 절감할 수 있어 세계 시장 경쟁력이 있을 것”이라며 “현재 확보한 분리막 모듈 제작 기술을 추가 개발해 더 높은 염제거율 및 에너지 사용량 감소를 위해 최선을 다할 것”이라고 밝혔다.

한편 이번 성과는 한국연구재단 기후변화대응기술개발사업의 일환인 ‘RO용 분리막 원천기술 및 시스템 최적화 기술 개발 (2017~2021)’ (NRF-2017M1A2A2047369)을 통해 기술개발을 진행됐다.

한국에너지기술연구원이 총괄 주관 연구기관으로 참여하고, 건설연은 2세부 주관 연구기관으로 참여했으며, 한국환경연구원, 아주대학교 산학협력단, 한양대학교 산학협력단, 국민대학교 산학협력단, 서울대학교 산학협력단이 참여했다.