염분차발전 기술은 바닷물과 민물의 농도 차이를 이용해 전기를 생산하는 기술로 발전과정에서 온실가스가 전혀 배출되지 않는 친환경 에너지 기술이다.
현재 전 세계적으로 염분차발전의 총 에너지 잠재량은 무려 2.6TW(테라와트)에 달하며 이는 2,600개의 원자력 발전소에서 연간 생산하는 전력과 같은 양이다.
정남조 박사팀은 대표적인 염분차발전 방식인 역전기투석 방식과 압력지연삼투 방식의 핵심 원천기술을 국내 최초로 확보하는데 성공했다.
역전기투석 방식은 스택 내의 이온교환막을 통해 바닷물과 민물 사이의 이온이 분리되고 이동할 때 발생하는 전위차를 이용해 전기를 생산하는 방식이다. 연구팀은 역전기투석 방식의 500W급 염분차발전 스택을 개발해 kW급 모듈로 제작하는 기술을 국내 최초로 개발하고 이온교환 분리막의 성능을 세계 최고 수준으로 끌어올렸다.
이번에 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.
또한 이온교환 분리막은 나노 크기의 기공에 이온교환 고분자를 채우는 세공충진 방식으로 제작됐다. 이를 통해 세계 최고로 꼽히는 네덜란드 제품 대비 전력밀도 성능이 10% 이상 향상됐으며 제조원가는 절반 이하로 낮아졌다. 연구팀은 발전의 핵심 소재인 중공사 형태의 삼투막을 개발하고 이를 모듈화 할 수 있는 원천 기술도 세계 최초로 확보했다.
빨대 모양으로 생긴 중공사 형태의 삼투막은 종이 형태의 평막에 비해 물의 이동 면적을 극대화할 수 있을 뿐 아니라 높은 9w급의 전력밀도를 나타내 우수성을 입증했다. 또한 염분차발전 뿐만 아니라 삼투막을 사용하는 해수담수화, 정수기 등 다양한 응용분야에 적용될 수 있을 것으로 보인다.
현재 네덜란드와 일본 등 기술 선진국을 중심으로 수십 kW급 염분차발전 파일롯플랜트 기술이 개발되고 있으며, 2025년 이후 MW급의 상용화된 발전 플랜트 건설이 가능할 것으로 예상된다.
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.
