탄소나노튜브를 도입한 흐름전극 작동 원리(a)와 탄소나노튜브·활성탄 전극이 혼재한 모습(b, c)/한국에너지기술연구원 제공=연합뉴스국내 연구진이 기존보다 탈염 성능을 더 높인 고효율 해수 담수화 기술을 구현했다.
한국에너지기술연구원은 분리변환소재연구실 김동국·유충열 박사와 순천향대 에너지시스템학과 조용현 교수 공동 연구팀이 탄소나노튜브 기반 축전식 해수 담수화 기술을 개발했다고 16일 밝혔다.
학계에선 전 세계적인 물 부족 현상을 해결하기 위해 해수 담수화를 적극적으로 추진하고 있다. 해수 담수화는 말 그대로 바닷물을 실생활에 쓸 수 있는 물로 바꿔놓는 것을 뜻한다. 현재는 바닷물을 증기로 만드는 다단 증류법과 분리막을 이용해 순수한 물을 얻는 역삼투압법을 대표적으로 활용한다. 하지만 기존의 기술은 운전과 설치에 많은 비용이 드는 반면 에너지 효율이 낮다는 한계를 보인다.
하지만 연구팀은 탄소나노튜브를 활용해 축전식 해수 담수화에 성공했다. 축전식 해수 담수화는 전기를 모아두는 방식(축전)을 이용해 바닷물로부터 소금을 정제하는 기술이다. 해수 속에 포함된 소듐과 염소 이온이 각각 음전극과 양전극으로 이동하면서 최종적으로 담수만 빠져나오는 원리다. 기존의 필터나 증류 기반 기술보다 에너지 효율이 높아 최근 각광받고 있는 방식이다.
기존 활성탄 흐름전극(왼쪽)과 탄소나노튜브를 첨가한 후 탈염 성능이 4배 이상 증가한 결과 그래프/한국에너지기술연구원 제공=연합뉴스연구팀은 높은 전도도를 갖는 탄소나노튜브를 화학적으로 처리한 후 활성탄 슬러리 전극에 첨가해 흐름 전극 전도도를 높였다. 전극에 첨가된 1㎜ 길이 탄소나노튜브는 전도성 다리 역할을 한다. 이는 유체 안에 존재하는 활성탄 입자를 전기적으로 연결한다는 것을 의미한다.
이같이 연결된 활성탄 입자에 더 많은 소금이온이 흡착되면서 기존 기술 대비 탈염(소금기 제거) 성능이 4배 이상 늘었다. 김동국 한국에너지기술연구원 박사는 “기존 축전식 해수 담수화 기술의 낮은 전도도로 인한 탈염 성능 저하 문제를 해결한 것”이라고 설명했다.
연구 성과는 수자원 분야 세계 최고 권위지인 ‘워터 리서치’(Water Research)에 실렸다. 차세대 해수 담수화 기술 선도그룹으로 손꼽히는 공동 연구팀은 앞으로도 기술 상용화를 위한 추가 연구를 지속할 방침이다.
/노진표 인턴기자 jproh93@sedaily.com
