차세대 해수담수화 기술 분야를 이끌어 나갈 수 있는 기술 개발이 경남대학교 김승현 교수를 단장으로 세계 최고 수준의 차세대 담수화 기술을 확보하며, 진행되고 있어 이목이 집중되고 있다.
특히, 이 기술 개발을 기반으로 해외에서의 조기 사업화를 통해 미래시장을 주도하는 글로벌 리더로 자리매김하기 위한 노력도 기울이고 있어 귀추가 주목된다.
국토교통부와 국토교통과학기술진흥원의 지원 아래 이뤄지고 있는 이 연구는 차세대 해수담수화 기술로 평가받고 있는 ‘MD/PRO 복합탈염공정 실증플랜트 기술개발’ 과제는 ‘탈추격형 선도기술 개발’을 비전으로 세계 최고 수준의 막 증발법(MD)과 압력지연 삼투(PRO), 자원회수(VRR) 등의 복합 공정 기술 개발과 실증을 위한 연구다.
‘막 증발법’ ‘압력지연 삼투’ ‘유가자원회수’ 등 실증 연구
조기 사업화로 미래시장 주도 글로벌 리더 자리매김 기대
이 기술은 기존 해수담수화 플랜트의 한계를 극복할 수 있는 차세대 탈염공정을 개발하는 연구로서, 막 증발법 공정을 이용한 신개념 해수담수화 기술 개발과 압력지연삼투 공정을 이용한 해수담수화 에너지 저감 기술 개발, 해양으로 버려지는 농축수를 저감하고 자원을 회수하는 유가자원 회수기술을 포함하고 있다.
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| 기본개념 |
이 연구에서 개발하고 있는 막 증발법(Membrane Distillation)은 저비용의 열에너지와 다공성 분리막을 이용하는 탈염기술로 역삼투 공정과 결합, 기존 역삼투 해수담수화 기술이 갖는 회수율의 한계를 극복하고 담수플랜트의 성능을 개선시키는 기술이다.
압력지연 삼투(Pressure Retarded Osmosis)는 고염분 농도용액과 저염분 농도용액 등 두 용액의 삼투 에너지 차를 이용, 에너지를 생산하는 기술로 역삼투 공정과 결합돼 담수화에 필요한 에너지와 플랜트의 운전비용을 절감하는 기술이다.
유가자원 회수(Valuable Resource Recovery)는 역삼투 공정의 농축수에서 유가금속을 회수하고 잔류 농축수와 슬러지, 세정폐액 등 기타 부산물을 고형화해 건설재료로 활용, SWRO 플랜트의 부산물 배출량 최소화 실현과 동시에 경제적 이익을 도출하는 기술이다.
연구내용
이 연구단은 Reduction, Recovery, Resource 등 3R 달성을 통한 세계 최고의 차세대 담수화 기술 확보를 목표로 오는 2018년 SWRO-MD, SWRO-PRO 사업 매출 1조 원 달성을 목표로 연구가 활발히 진행되고 있다.
이를 위해 이 연구에서는 MD-PRO 복합탈염공정기술 조기 사업화를 위한 비즈니스 모델 개발을 비롯해 MD-PRO 복합탈염 플랜트 통합 성능 평가 모델 개발, 막증류 전용의 고투과성, 소수성 분리막(20LMH)과 막 면적 5m2 이상의 모듈 개발 등이 이뤄지고 있다.
또한, MD 공정 열에너지 확보를 위한 폐열과 태양열 융복합 열 공급 시스템 개발, 생산수량 일일 1,000㎥ 규모의 MD 적용 신개념 복합탈염 플랜트 제작과 운영, 농축수 30% 저감과 공정 효율 30% 제고가 가능한 MD/PRO 복합탈염 플랜트 기술 확보 등의 기술 개발도 진행되고 있다.
이와 더불어 MD/PRO 복합탈염 플랜트 운영과 유지관리 가이드라인 도출, 원수 수질별 SWRO-PRO 최적 전처리 공정 기술 개발, PRO 전처리 공정에서의 바이오 파울링 저감기술 개발, 전력밀도 7.5W/m2 이상, 8인치 이상의 PRO막 나권형 모듈 개발, 10kW급 PRO 전용 해수유인 압력회수장치 개발, 담수 생산단가 10% 이상 줄이는 SWRO-PRO 최적 공정 기술 개발도 수행되고 있다.
이외에도 SWRO-PRO 공정 기술 상용화, 해수 담수화 플랜트에서 발생하는 RO농축수로부터 유가 희소금속인 Li, U, B, Rb, Sr 중 2종 이상에 대해 회수율 80% 이상 추출과 고순도(>95%) 시제품 제조 기술개발, 농축수 기준 6m3/일 규모의 소형 유가금속회수 시스템 제작과 운전 조건 최적화, 해수담수화 부산물을 이용한 경화체 생산 요소 기술 개발, 해수담수화 파일럿 플랜트에 적용이 가능한 강도 100kg/㎠의 1톤/일급 소형시스템 구축과 최적화를 통한 해수담수화 플랜트 부산물 활용 경화체 연속생산 공정 개발 연구도 이뤄지고 있다.
이 같은 목표로 진행되고 있는 세부과제별 연구내용을 살펴보면, 우선 연구총괄을 맡고 있는 경남대학교에서는 글로벌 네트워크 구축과 비즈니스 모델개발, 해외사업화 지원 등을 목표로 MD-PRO 복합탈염공정 글로벌 사업화 지원체계 구축과 MD-PRO 복합탈염공정 실증플랜트 통합 성능 평가 모델 개발 연구를 수행하고 있다.
글로벌 사업화 지원체계 구축 부분에서는 기술개발 지원 시스템 구축을 비롯해 대기업/중견/중소기업 공생발전형 비즈니스 모델 개발, 조기 사업화를 위한 혁신주도형 비즈니스 모델 개발, MD-PRO 복합탈염공정기술 글로벌 R&D 네트워크 구축, MD-PRO 복합탈염공정기술 글로벌 사업화 기반기술 개발 등이 이뤄지고 있다.
MD-PRO 복합탈염공정 실증플랜트 통합 성능 평가 모델 개발 부분에서는 MD 공정 성능평가 모델 개발과 검증을 비롯해 PRO 공정 성능평가 모델 개발과 검증, MD-PRO 복합탈염공정 통합 성능 평가 모델 개발과 검증 연구가 진행되고 있다.
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| 성과물 |
한국건설기술연구원이 주관하는 1세부 과제는 ‘MD를 이용한 신개념 복합탈염과 농축수 저감기술 개발’ 연구로 해수담수화 플랜트 농축수 방류량 30% 저감을 목표로 MD 전용 소재와 모듈 개발을 비롯해 MD 막오염 저감기술 개발, MD 전용 에너지원 확보와 적용기술 개발, MD 최적화 기술 개발, MD/PRO 복합탈염 대용량 실증플랜트 구축과 현장 평가 등의 연구가 수행되고 있다.
2세부과제는 GS건설을 주관연구기관으로 전력밀도 7.5 W/㎡급의 해수담수화 플랜트 농축수로부터의 해수에너지 회수를 최종 목표로 SWRO-PRO 조합공정을 통한 공정효율 제고와 에너지 효율 향상을 위한 시스템 엔지니어링 기술 개발, 고효율 PRO 전용막 모듈과 베셀 개발, SWRO와 MD 공정 농축수를 이용한 일 200㎥급의 PRO 실증파일럿 시스템 개발 연구가 진행되고 있다.
서울대학교에서 주관을 맡고 있는 3세부 과제는 ‘해수담수화 플랜트 부산물 자원화 기술 개발’ 연구로 해수담수화 플랜트 부산물로부터 부가가치 200원/ton의 자원회수를 목표로 RO 농축수 활용 유가 희소 금속 추출 핵심기술 개발을 비롯해 RO 농축수 활용 유가 희소금속 추출 최적화 공정 설계 기술 개발, 해수담수화 플랜트 부산물 경화 기술 개발, 해수담수화 플랜트 부산물 활용 경화체 연속생산 공정 개발 등의 세부 연구가 이뤄지고 있다.
인 / 터 / 뷰
바다 방류 농축수 ‘자원화’ 새 가치 창조 ‘자긍’
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| 김승현 교수 |
“해수담수화 시장의 패러다임 변화에 능동적으로 대응할 수 있는 탈추격형 기술로 미래 시장의 견인차 역할을 담당할 수 있습니다”
지난해 6월부터 5년 동안 진행되는 ‘MD/PRO 복합탈염공정 실증플랜트 기술개발’ 연구단을 성공적으로 이끌고 있는 경남대학교 김승현 단장은 “연구단은 미래의 해수담수화 기술개발을 목표로 역삼투 공정을 담수화 분야의 혁신적인 기술과 조합해 현재 바다로 버려지는 농축수를 자원화 시켜 새로운 가치를 창조하는 기술 개발에 최선을 다하고 있다”고 밝혔다.
이어 그는 “또한, 막 증발법을 이용해 생산수량을 늘리고 압력지연삼투를 적용, 농축수로부터 삼투에너지를 회수할 뿐만 아니라 농축수에 숨겨져 있는 리튬과 같은 자원을 회수, 기존 해수담수화 기술의 부가가치를 높이는 기술 개발도 성공적으로 이뤄지고 있다”고 말했다.
“역삼투 공정을 담수화 분야 혁신적 기술과 조합”
현재 실용화를 목표로 세부적인 기술 개발에 한창이라고 운을 떼는 김 단장은 “궁극적 목표인 실용화를 위해 요소 기술 개발 후 실증 파일럿 플랜트 건설을 통해 기술 적용과 검증 후 상용화를 위한 노력을 기울여 나갈 것”이라고 말하며, “이를 위해 세부과제도 향후 실용화를 실현할 수 있도록 맞춤형으로 구성했다”고 설명했다.
이어 그는 “특히, 유가희소금속 회수 기술 개발 부문에서는 리튬 회수에 초점을 맞추고 리튬 배터리 기술을 활용, 저비용으로 리튬을 회수하는 기술 개발이 진행되고 있으며, 플랜트에서 나오는 각종 폐수를 가공, 건설재료로 활용할 수 있는 기술 개발도 수행되고 있어 무방류 시스템 구축이라는 혁신적인 시스템 구축이 가능해 질 것”이라고 강조했다.
한편, 김 단장은 “미래시장을 주도하는 글로벌 기술로 자리매김할 수 있도록 해수담수화의 가장 큰 시장인 중동을 타깃으로 중동 국가를 통해 개발 기술이 파급되도록 기술의 필요성과 공감대 형성을 위한 노력도 기울여 나가고 있다”고 덧붙였다.
