[신기술] UNIST, 에너지 저장 및 담수 생산하는 배터리 개발

안광진·김영식 교수팀, 이온교환 수지와 해수전지 이용해 해수담수화 기술 개발

담수 배터리 오랜 난제인 염소 잔류 문제 해결 위해 유해 염소 포집법 제시

울산과학기술원 에너지화학공학과의 안광진·김영식 교수팀은 담수화 과정에서 발생하는 이산화탄소(CO2) 배출 문제를 해결하기 위해 바닷물에서 담수를 생산하는 동시에 신재생에너지를 저장할 수 있는 기술을 개발했다.

 

기후변화로 강우 패턴이 변화하면서 전 세계적으로 가뭄과 홍수의 발생 빈도가 증가하고 있다. 지속적인 인구 증가와 도시 집중 현상이 심화되면서 전 세계는 안정적으로 물을 공급하는데 어려움을 겪고 있다.

해수담수화는 기후변화와 물수요 증가 등으로 위협받는 물안보를 강화하기 위한 대안으로 떠오르고 있다. 하지만 해수담수화 공정에서 다량의 탄소가 배출돼 탄소 배출이 없는 재생 가능한 에너지원을 활용하는 기술의 개발이 요구되고 있다.

이에 울산과학기술원(총장 박종래, UNIST) 에너지화학공학과의 안광진·김영식 교수팀은 담수화 과정에서 발생하는 이산화탄소(CO2) 배출 문제를 해결하기 위해 바닷물에서 담수를 생산하는 동시에 신재생에너지를 저장할 수 있는 배터리를 개발했다.

담수 배터리는 충전과 방전 과정에서 염소를 반복적으로 포집하며, 음이온교환수지를 활용해 염소를 효과적으로 포집하고 재생할 수 있다. 연구팀은 375ml의 해수를 공업용수 수준으로 탈염하는 데 성공했다. 기존 배터리는 방전 시 염소의 60%가 전극에 잔류해 재생이 어려웠지만, 담수 배터리는 99% 이상 제거해 우수한 재생능력을 나타냈다.

담수 배터리는 방전 과정에서 음극에 포집된 나트륨을 배출하며, 동시에 음이온교환수지에 포집된 염소도 함께 배출한다. 양극에서 발생하는 수산화이온(OH-)을 이용해 추가적인 에너지 없이 이온교환수지를 재생하는 원리다.

이 배터리는 실제 해수환경에서도 정상적으로 작동했으며, 약 3.9wt%의 해수를 약 0.7wt% 수준까지 담수화했다. 이는 공업용수로 활용 가능한 수준이다.

안광진 교수는 “이 기술로 에너지 저장용 배터리와 해수담수화 장비를 하나로 통합해 설비 비용을 절감할 수 있다”며 “신재생에너지를 저장해 지속 가능한 해수담수화에 기여할 것”이라고 설명했다.

김영식 교수는 “담수 배터리를 이용한 해수담수화가 차세대 해수담수화 기술로서 상용화되는 시기를 앞당길 것”이라고 말했다.

이번 연구 결과는 에너지 분야 국제학술지인 『미국 화학회 에너지 레터스(ACS Energy Letters)』에 5월 16일자로 게재됐으며 한국연구재단, 산업통상자원부, 동그라미 재단의 지원을 받아 수행됐다.

 [『워터저널』 2024년 9월호에 게재]