호주 시드니 대학 연구팀은 80% 더 적은 에너지를 소비하는 비용 효율적이며 환경 친화적인 새로운 담수화(desalination) 방안을 개발했다.
봄철에 촉발된 가뭄과 산불로 발달할 것으로 예측되는 엘니뇨 기후 유형에 따라, 시드니 기술 대학(University of Technology Sydney) 산하 CTWW(Centre for Technology in Water and Wastewater) 소속의 연구진은 관개(irrigation)에 적용할 수 있는 물을 담수화하는 혁신적인 방안을 개발했다.
전통적인 담수화 방안은 여과 시스템을 통하여 물을 강제로 보내는 높은 압력의 수압 펌프 또는 대규모 가열 및 증발 공정에 의존한다. Hokyong Shon 박사와 동료 연구진은 FDFO(Fertiliser Drawn Forward Osmosis)라는 별명을 가지는 대체 공정을 고안했다.
전 세계 인구가 급격하게 증가함에 따라, 제한된 담수 자원에 대한 압력이 증가하고 있다. 막 기술은 염수 자원과 폐수 간척 등과 같은 대체 자원을 통하여 수자원 부족 문제를 해결하는데 중요한 역할을 한다.
부분적으로 역삼투(RO; reverse osmosis)인 막 기술의 현재의 생성은 성능을 상당히 개선시켰다. 그러나 RO 담수화는 아직까지 에너지 집약적이며, 물 생성의 전체 비용을 증가시키는 에너지 효율을 개선하는 노력이 필요하다. 에너지, 환경 및 기후 변화 등이 모두 내부적으로 관련된 문제이기 때문에, 대규모 관개를 위한 담수화는 에너지 문제를 해결하는 참신하고 새로운 기술을 필요로 한다.
정삼투(FO; forward osmosis)는 새롭게 출현하는 막 기술이다. 그러나 휴대용 식수를 위한 FO 담수화는 아직까지 난제를 가지고 있다. 왜냐하면 용질을 추출하는 재생과 회수가 부가적인 공정과 에너지를 요구하기 때문이다.
이 논문은 최대 물을 요구하는 비휴대용 관개를 위한 FO 담수화의 응용에 초점을 맞추었다. FDFO(fertiliser drawn forward osmosis) 담수화의 개념에서, 비료는 추출 용액(DS; draw solutions)으로 사용된다. 담수화 후 희석된 추출 용액은 DS의 회수와 재생이 필요 없이 적하 시비법(fertigation, 적하식 관수 장치의 물에 비료분을 섞는 것.)에 직접 적용될 수 있다. FDFO 담수화는 현재의 담수화 기술보다 비교적 더 낮은 에너지 수준에서 관개수를 만들 수 있다. 저에너지 기술로, FDFO는 재생 에너지 자원에 의해 용이하게 동력을 공급받을 수 있으며, 따라서 내륙과 멀리 떨어져 있는 지역의 응용에 적합하다.
새로운 시스템에서, 화학물질은 막 여과의 반대 측면에 수용성 비료를 적용함으로써 삼투압을 통하여 물로부터 염분(saline)을 제거한다. 이 디자인은 관개를 위하여 많은 물을 사용하는 국가에 상당한 이득을 제공한다고 Shon 박사는 밝혔다.
전통적인 물 공급에서 관개 지역의 수요를 줄임으로써, 가정에서 사용할 수 있는 귀중한 물을 보존할 수 있다고 Shon 박사는 밝혔다. Shon 박사는 해수와 하천수 사이의 염 농도 차이로부터 이용할 수 있는 에너지인 삼투압 에너지(osmotic energy)에 대한 연구팀의 연구가 다른 지역에서도 사용될 수 있기를 바라고 있다. 예를 들면, 동력 생성 터빈을 추진하기 위하여 삼투 에너지를 사용하는 것은 많은 흥미로운 가능성 중 한 가지라고 Shon 박사는 밝혔다.
호주는 관개를 위하여 호주 물 공급의 60%를 사용한다. 담수 처리장은 강우량에 대한 의존성을 감소시키기 위하여 호주 전역에서 건설됐지만, 이러한 담수 처리장은 물 가격을 더 상승시키고, 과도한 에너지 사용을 이유로 온실가스 배출을 추가한다는 비판을 받고 있다. 또 염분이 식물에 피해를 끼치기 때문에, 담수 처리장에서는 전통적으로 유지보수에 많은 비용이 소요된다.
UTS 시스템은 주로 생성물과 부산물 모두를 재사용할 수 있도록 만듦으로써 문제를 부분적으로 해결한다. 이 시스템은 염수를 전환시키고, 담수를 적하 시비법 공정을 통하여 직접 관개 시스템으로 인도한다. 비료의 한 가지 목적은 공정 재료로, 다른 한 가지 목적은 자원을 극대화하고 폐기물을 제거하는 최종 생성물의 일부로 두 가지 목적에 작용한다.
FDFO 시스템의 시범 설치는 NCEDA(National Centre of Excellence for Desalination Australia)에 의해 호주 뉴사우스웨일즈 주에 의해 채용됐으며, 현재 지하수 염분을 담수화하기 위하여 뉴캐슬 석탄 광산 지역에서 사용될 예정이다.
그림1> 관개에 소요되는 담수
그림2> 설치될 시범 규모의 FDFO 담수화 설비
키워드 : 담수화, 관개, 정삼투, FDFO, 적하 시비법
출처: KISTI 미리안 글로벌동향브리핑
원문:
http://phys.org/news/2014-06-desalination-cheaper-greener.html 제공:kisti, 다른기사보기기사등록일시 : 2014.07.14 16:00
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