한국에너지기술연구원(원장 김종남)은 남주연 해양융복합연구팀 연구원 등 연구진이 역전기투석 염분차 발전 성능을 획기적으로 개선하는 기술을 개발했다고 29일 밝혔다.
염분차 발전 기술은 염수와 담수 염분 차이 등 용액 이온농도 차이를 전기에너지로 전환하는 기술이다. 역전기투석(RED) 방식 스택은 전극, 이온 교환막, 가스켓, 스페이서로 구성되고 두 전극 사이 양이온 교환막과 음이온 교환막이 교차로 적층된다.
두 이온교환막 사이는 가스켓으로 구분하고 스페이서를 통해 유체가 흐를 수 있는 공간을 만들어 준다. 이온교환막 사이 고농도 용액과 저농도 용액을 교차로 흘려주면 이온 농도 차에 의해 전위차가 형성되고, 전극 표면에서 전기화학 반응을 통해 전기가 발생한다.
역전기투석 기술은 물만 있으면 탄소 배출 없이 전기를 생산할 수 있지만 상용화까지 아직 해결해야 할 과제가 남아있다. 농도분극현상과 유입수 전처리 문제로 인한 에너지 손실, 비용 상승이 과제다.
농도분극 현상은 이온교환막 표면에 이온이 농축되는 현상이다. 이온 이동을 감소시켜 발전 효율을 떨어뜨리는 원인이다. 해소를 위해서는 많은 물이 투입돼야 하고 전처리 공정도 필요해 비용 상승 원인이 된다.
연구진은 적은 유입수를 이용해 농도분극 현상을 줄일 수 있는 새로운 구조의 고효율 역전기투석 스택을 개발했다. 새로운 캐스케이드형 역전기투석 스택을 개발해 단일 스택 내부를 여러 단계로 구분, 전 단계에서 사용한 물을 다음 단계에서 사용하도록 재순환시켜 유입수 이용률을 높였다.
캐스케이드 스택 경우 기존 방식보다 순전력이 20% 향상됐다. 내부에서 유입수 이동거리(체류시간)가 길어져 누설전류 경로가 차단돼 더 많은 전류가 생성되는 것으로 확인됐다. 기존 스택 대비 에너지 밀도는 최대 480%, 효율은 최대 420% 향상됐다.
남주연 연구원은 “지금까지 역전기투석기술에 시도된 적 없는 새로운 구조의 스택을 통해 성능을 획기적으로 개선했다”며 “역전기투석 기술의 상용화에 크게 기여할 것으로 기대된다”고 말했다.
대전=김영준기자 kyj85@etnews.com
