[투데이에너지 홍시현 기자] 한국에너지기술연구원(원장 곽병성, 이하 에너지연) 제주글로벌연구센터 김한기 박사는 해양 염분차발전기술의 이온 전달 원리를 규명할 수 있는 수학적 해석 모델을 개발해 수자원분야 세계 최고 권위지인 ‘워터 리서치(Water Research)’에 게재했다.
해양 염분차발전은 해수와 담수 사이의 염 농도 차이를 이용해 전기에너지를 생산하는 발전방식으로 높은 에너지 잠재량을 갖고 있어 상용화를 위한 기술개발이 활발히 진행되고 있다.
대표적인 해양 염분차발전기술인 역전기투석방식은 해수 내에 포함된 이온이 이온교환막을 통해 이동하면서 얻어지는 에너지를 전기로 전환하는 방식이다. 최근 세공충진형 이온교환막 등 핵심기술이 새롭게 개발되고 있으나 기존의 수학적 해석 모델로는 다양한 이온교환막의 이온 전달 원리를 규명할 수 없어 정확한 성능을 분석하기 어려웠다.
김한기 박사 연구진은 ‘전도성 이동 거리(Conductive Traveling Length, CTL)’로 명명한 개념을 기존의 수학적 해석 모델에 도입해 이온교환막 내의 이온 전달 원리를 정확하게 규명하는데 성공했다.
전도성 이동 거리란 세공충진형 이온교환막 내 친수성 나노 기공을 통한 이온의 이동 거리를 의미한다. 이를 통해 이온교환막 내 나노 기공의 비율과 전기 전도도를 계산하고 기존의 모델에 적용하면 다양한 이온교환막의 특성에 따른 이온 전달 해석 결과와 역전기투석의 성능 예측 정확도를 높일 수 있다.
또 연구진이 개발한 수학적 해석 모델은 세공충진방식을 포함한 다양한 이온교환막에 범용적으로 적용할 수 있어 기술 상용화에도 크게 기여할 수 있다.
논문의 주저자인 김한기 에너지연 선임연구원은 “이번 해석 모델링 개발을 바탕으로 상용화 수준의 역전기투석 장치의 설계 및 성능 예측이 가능해 기술개발을 가속할 수 있을 것으로 예상된다”라며 “향후 이온교환막 및 스택 등의 소재·부품 국산화 기술개발에도 큰 기여를 할 것으로 기대된다”고 밝혔다.
세공충진형 이온교환막 : 소수성 지지체가 갖는 나노 사이즈의 기공 내에 이온 전달을 할 수 있는 친수성 고분자를 채워, 선택적인 이온 교환을 할 수 있도록 제작된 분리막. 상용 이온교환막대비 낮은 전기적 저항과 높은 선택도를 갖고 있음