한국생산기술연구원(원장 이낙규)은 담수화 공정 후 폐기되는 농축수로부터 고순도 리튬과 담수를 얻는 '순환형 에너지 시스템'을 개발했다고 7일 밝혔다.
이들은 '증산발전 소자'를 개발해 시스템에 활용했다. 증산발전 소자는 한쪽에 물을 주입하면 모세관 현상에 따라 반대쪽으로 물이 흐르는 원리로 전기를 생산한다. 한번 물을 주입하면 공기 중 수분을 자동 흡수해 자가 발전한다.
소자 내 물 이동 속도와 증발량에 전력량이 좌우되는데, 연구팀은 친수성인 셀룰로오스 파이버를 수직 배향하고 각 섬유조직에 나노 크기 카본 입자를 코팅해 표면적을 넓혔다. 이 결과 물 이동·증발에 유리한 원통형 소자를 제작할 수 있었다.
개당 0.4~0.5볼트(V) 전기를 생산하는 증산발전 소자를 연결해 모듈화하고 이를 적층해 발전량을 조절할 수 있게 했다.
연구팀은 개발한 증산발전 소자에 전기투석 장치를 연결해 리튬과 담수를 고수율로 얻는 순환형 에너지 시스템을 개발했다. 증산발전으로 얻은 전기를 활용한 첫 사례다.
연구팀은 장치 내부에 특수 멤브레인(분리막)을 2개 삽입해 바닷물을 주입하면 한쪽에는 담수가 다른 쪽에는 리튬 농축수가 만들어지는 구조를 구현했다. 담수화 전 과정은 모니터링이 가능하다.
연구팀은 리튬을 분리해 분말화하는 공정도 함께 개발해 적용했다. 생산된 리튬 분말은 세라믹연구원 공인인증 결과 실용화 가능 수준(99.6%) 고순도였다.
연구팀은 해수 외 폐배터리, 폐전자기기를 분쇄해 나오는 블랙파우더로부터 리튬만 분리하는 응용기술 개발도 기획 중이다.
이번 성과는 정다운 생기원 한러혁신센터 박사팀이 이뤄냈다. 곽노균 한양대 기계공학부 교수팀 '이온 거동 가시화 기술'도 적용됐다,
정다운 박사는 “개발 시스템은 전기와 식수를 동시에 얻을 수 있고 저비용으로 고순도 리튬까지 추출할 수 있다”며 “리튬 생산을 위한 스케일업 연구도 기업과 추진 중”이라고 밝혔다.
김영준기자 kyj85@etnews.com
