한국에너지기술연구원(곽병성 원장) 분리변환소재연구실(김동국, 유충열 박사)과 순천향대학교 에너지시스템학과 공동연구팀(조용현 교수)이 개발한 ‘탄소나노튜브기반의 고효율 축전식 해수담수화 기술’이 수자원 분야 세계 최고 권위지인 ‘워터 리서치’에 게재됐다.

축전식 해수담수화 기술은 축전방식을 이용해 바닷물로부터 소금을 정제하는 기술(해수 속에 포함된 소듐과 염소 이온이 각각 음전극, 양전극으로 이동하면서 최종적으로 담수만 빠져나옴)로 기존의 필터나 증류기반 기술에 비해 에너지효율이 좋아 최근 각광받는 해수담수화 기술이다.

전 세계적으로 문제되고 있는 물 부족 현상을 해결하기 위해 해수담수화 기술의 중요성이 강조되고 있다. 현재 해수담수화 기술은 해수를 증기로 만들어 담수화하는 다단증류법과 분리막을 이용해 순수한 물을 얻는 역삼투압법이 대표적이지만 운전과 설치에 드는 비용이 높은 반면 에너지 효율은 낮아 개선이 필요한 상황이다. 최근 흐름전극을 이용한 축전식 해수담수화 기술이 높은 에너지 효율로 각광받고 있지만 이 또한 고정형 전극을 사용하는 기존의 해수담수화 기술과는 달리 유체를 이용하기 때문에 전극의 전도도가 떨어진다는 점이 문제로 지적받고 있다. 낮은 전도도로 인해 소금이온이 전극물질로 흡착되는 양이 줄어들어 탈염성능이 떨어진다는 것이다.

이를 극복하기 위해 연구진은 높은 전도도를 갖는 탄소나노튜브를 화학적 처리 후 활성탄 슬러리 전극에 첨가함으로써 흐름전극의 전도도를 향상시키는 데 성공했다.

전극에 첨가된 1mm 길이의 탄소나노튜브는 전도성 다리 역할을 수행하며 유체 내에 존재하는 활성탄 입자들을 전기적으로 연결시킨다. 이렇게 연결된 활성탄 입자에 더 많은 소금이온이 흡착됨에 따라 기존 기술 대비 탈염 성능이 4배 이상 늘어났다.

연구 논문의 교신저자 및 주저자인 에너지기술연구원 김동국 박사와 유충열 박사는 “이번에 개발된 고전도성 흐름 전극기술은 기존 축전식 해수담수화 기술의 낮은 전도도로 인한 탈염 성능 저하 문제를 해결할 수 있는 기술”이라고 밝혔다. 아울러 공동연구진인 순천향대학교 조용현 교수는 “본 고전도성 흐름전극 기술을 통해 기존의 탈염성능을 4배 이상 향상시킴으로서 고효율·대용량 해수담수화의 가능성을 확인했고 이를 바탕으로 기존의 역삼투압기술이나 다단계증류법을 대체할 새로운 해수담수화 기술의 상용화를 앞당길 것”이라고 전했다.

한편 에너지기술연구원, 순천향대학교 공동연구팀은 지난 2017년에도 ‘대용량화가 용이한 3차원구조 기반의 축전식 해수담수화 기술’을 에너지·환경 분야 세계 최고 권위지인 ‘Energy & Environmental Science’의 표지 논문으로 발표한 바 있으며 차세대 해수담수화 기술의 선도그룹으로서 활발한 연구를 진행 중이다.