햇살로 담수를 만들자… 기계연, 태양광·열 활용한 담수화설비 구축 추진

역삼투압·막증류식 통합 시스템 연구 중

한국기계연구원(원장 박천홍)이 오는 2023년까지 고집광 태양광열(High Concentrating Photo Voltanic Thermal) 발전으로 전기와 열을 동시에 공급해 다양한 해수담수화 설비를 가동할 수 있는 신재생에너지 시스템 개발을 추진한다.

태양광열 발전은 태양광과 태양열을 모두 활용해 전기와 열을 만들 수 있다. 기존 태양광 발전(PV·Photo-Voltaic)의 효율은 현재 18% 수준이지만, 태양광열(Concentrating Photo-Voltaic Thermal) 발전은 70% 이상의 에너지전환 효율을 낼 수 있다.

연구팀은 고집광 태양광열 발전으로 만들어진 열 및 전기 에너지를 활용한 담수화설비를 구상하고 있다. 생산된 열과 전기를 역삼투압(RO) 담수화설비와 막증류식(MD) 담수화설비에 각각 공급하는 통합 시스템을 검토 중이다.

현재 해수담수화에는 RO방식과 MD방식이 주로 활용되고 있다. RO방식은 전기를 공급해 펌프로 바닷물을 고압으로 가압하고, 역삼투막을 통과시켜 농축수와 담수로 분리하는 절차다. MD방식은 바닷물에 열에너지를 가해 증발시켜 담수를 얻는 방법이다.

통합 시스템 구축되면 각 담수화 방식이 지닌 장점을 동시에 살려 시너지 효과를 얻을 수 있다. 태양광보다 태양광열 발전의 단위 면적당 에너지 효율이 높은 만큼, 단순히 태양광을 통해 생산된 전기로 역삼투압 과정을 거쳐 담수화 하는 설비보다 부지 면적을 최대 절반까지 줄일 수 있다.

연구원에 따르면 통합 시스템은 담수화 과정에서 반드시 발생하는 농축수도 줄일 수 있다는 점에서 친환경적이다. 역삼투압 담수화방식과 막증류식 담수화방식을 결합하여 운용할 경우 역삼투압 담수화설비에서 배출된 농축수를 막증류식 담수화설비로 다시 한 번 담수화할 수 있다.

연구팀은 고집광 태양광열 발전을 위해 태양의 위치를 정밀하게 추적하는 기술을 개발할 계획이다. 태양광열 발전은 지표면에 직접 도달하는 직달일사를 이용하기 때문에 태양의 위치 추적 및 패널의 제어 기술이 필수적이다. 또 다양한 담수화 기술을 융합하기 위한 최적화 설계 기술과 향후 기술이 필요한 지역의 특성을 반영해 맞춤 설계할 수 있는 설계 플랫폼도 개발한다.

오는 2020년까지 국내에 10t급 시범 시설을 구축하고, 2023년에는 쿠웨이트와 사우디아라비아 등 중동지역에 1000t급 해수담수화 설비를 구축한다는 목표다.

박창대 책임연구원은 "세계적으로 물 부족 문제로 인한 대체 수자원 확보와 친환경 생산을 위한 신재생에너지의 활용은 매우 중요한 이슈"라며 "물 부족으로 어려움을 겪는 현장에 실질적인 도움이 될 수 있도록 기술 개발에 힘쓰겠다"고 말했다.
한윤창 기자 storm0238@