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3차원 구조 기반의 해수담수화 기술 개발
에너지연, 간단한 3차원 벌집모양 구조체를 이용해 쉽게 대용량화 할 수 있는 해수담수화 기술 개발
특허뉴스 박진석기자 기사입력  2017/08/29 [15:06]


에너지/환경 분야 최고 권위지인 ‘Energy & Environmental Science’ 표지 논문 선정
 
한국에너지기술연구원(곽병성 원장) 분리변환소재연구실이 개발한 ‘대용량화가 용이한 3차원구조 기반의 축전식 해수담수화* 기술’이 에너지·환경 분야 세계 최고 권위지인 ‘Energy & Environmental Science*’의 표지 논문으로 선정됐다.
 
용어설명
* 축전식 해수담수화: 축전방식을 이용해 바닷물로부터 소금을 정제하는 기술(해수 속에 포함된 소듐과 염소 이온이 각각 음전극, 양전극으로 이동하면서 최종적으로 담수만 빠져나옴). 기존의 필터나 증류기반 기술에 비해 에너지효율이 좋아 최근 각광받는 해수담수화 기술임
* Energy & Environmental Science: 에너지/환경 분야의 랭킹 1위 국제 논문집으로 영국왕립화학회(Royal Society of Chemistry)에서 발행함(SCI IF 29.518)
 

해수를 담수로 만드는 기술은 일반적으로 필터를 이용한 역삼투압방식과 증류법을 사용하지만 두 가지 모두 낮은 에너지 효율을 단점으로 지적받고 있다. 이러한 단점을 대체하기 위해 에너지 효율이 높은 축전식 해수담수화 기술(CDi)이 개발됐지만 공정의 대용량화를 위해서는 2차원 단일구조의 전극을 겹쳐서 여러 층을 만들거나 구조 자체를 크게 만들어야 하는 등 비용과 기술적 문제가 존재했다.
 
이를 극복하기 위해 연구진은 3차원 벌집모양 구조체 (첨부의 그림 참조)를 도입해 기존기술의 장점을 유지한 채 대용량화가 용이한 새로운 형태의 축전식 해수담수화 기술 개발에 성공했다. 이 3차원 벌집모양 구조체를 이용하면 전극의 표면적이 증가해 담수 용량을 늘릴 수 있을 뿐만 아니라, 기존 방식에 비해 제작도 용이해 제조비용도 낮출 수 있다.
 
연구논문의 주저자인 한국에너지기술연구원 조용현 박사는 “이번에 개발된 기술은 기존의 축전식 해수담수화 기술이 갖는 대용량화의 한계점을 뛰어넘어 간단하면서도 대용량화가 가능한 차세대 해수담수화 기술”이라며 “특히 기존의 고정형 전극물질이 아닌 흐를 수 있는 전극을 이용하기 때문에 손쉽게 담수 용량을 증가시킬 수 있다는 점에서 의의가 크다”고 밝혔다.
 
또한 교신저자이자 연구책임자인 김동국 박사는 “본 기술을 통해 고효율?대용량 해수담수화의 가능성을 확인하였고 이와 더불어 해수담수화 공정 중 생산된 염분을 이용해 별도의 에너지 생산도 가능할 것이라 생각된다”고 전했다.
 
이번 연구는 에너지기술연구원의 주요사업인 ‘전기화학 기반의 신공정 탐색을 위한 고성능 축전식 흐름전극 개발’의 일환으로 진행됐다. 에너지기술연구원은 이번 연구에 포함된 기술과 관련한 특허를 확보하고 있으며 핵심 특허는 2016년 국내 특허 등록을 비롯해 미국, 유럽 등 국외 특허 등록을 준비 중이다.
 
1. 논문정보, 저자
 
논문제목
A novel three-dimensional desalination system utilizing honeycomb-shaped lattice structures for flow-electrode capacitive deionization
 
저 널
Energy & Environmental Science (SCI IF 29.518, 백커버이미지 선정, Energy&Fuel, Chemical Engineering, Environmental Sciences 3개 분야 랭킹 1위 저널)
 
 
저 자
조용현 (한국에너지기술연구원, 주저자/공동교신저자)
이기숙 (한국에너지기술연구원, 충남대학교 에너지과학기술대학원 석사과정, 제 2저자)
양승철 (한국에너지기술연구원, 제 3저자)
최지연 (한국에너지기술연구원, 제 4저자)
박홍란 (한국에너지기술연구원, 충남대학교 에너지과학기술대학원 박사과정, 제 5저자)
김동국 (한국에너지기술연구원, 공동 교신저자)
 
게 재 일
2017년 5월 10일 (온라인), 2017년 8월 1일 (프린트)
(게재, http://pubs.rsc.org/en/content/articlepdf/2017/ee/c7ee00698e?page=search)
 
2. 기술 정보
 
깨끗한 물을 얻기 위한 방법으로 해수담수화가 점점 중요해지고 있는 시점임. 현재 해수담수화는 주로 역삼투압법과 다단증류법이 사용되고 있으나 낮은 에너지 효율이 문제임. 최근 높은 에너지효율을 갖는 축전식 해수담수화 방법이 각광받고 있으나 이온흡착용량의 한계, 대용량화의 어려움 등이 여전히 해결되지 않고 있음.
 
이온흡착(염분제거)의 용량을 증대시키기 위해서는 염수와 전극간 맞닿는 표면적을 증대시켜야 하는데 기존에 방법으로는 표면적 증가에 한계가 있음. 본 연구에서는 삼차원 구조 벌집 형태의 다공성 구조체를 도입하여 기존에 비해 훨씬 값싼 공정으로 대면적의 축전식 해수담수화 셀을 구현하였음.
 
기존의 이차원형태의 구조가 아닌 삼차원형태의 벌집 구조체 도입으로 인한 표면적 증가로 해수담수화 효율 및 대용량화의 가능성을 처음으로 제시함. 또한, 새로 도입된 구조는 해수담수화셀 용량을 손쉽게 증가시킬수 있는 구조로 향후 해수담수화 뿐만 아니라 다양한 전기화학셀에 적용될 수 있는 새로운 셀 설계 기술을 제시함.
 
 
▲    표지 그림 (좌), 논문 게재 내용 (우)   © 특허뉴스
 
그림설명 : 표지 그림 (좌), 논문 게재 내용 (우)
     
     
 
▲   기존 축전식 해수담수화 기술의 2차원 단일구조 전극   © 특허뉴스
 
그림설명 : 기존 축전식 해수담수화 기술의 2차원 단일구조 전극

     
   
▲    3차원 벌집 구조의 축전식 해수담수화 셀 작동원리  © 특허뉴스

그림설명 : <논문 대표 이미지> 3차원 벌집 구조의 축전식 해수담수화 셀 작동원리

     
 
▲   3차원 벌집 구조의 축전식 해수담수화 셀   © 특허뉴스
 
그림설명 : 3차원 벌집 구조의 축전식 해수담수화 셀
 


▲  3차원 벌집 구조의 축전식 해수담수화 셀을 이용한 담수화결과    © 특허뉴스
 
그림설명5. 3차원 벌집 구조의 축전식 해수담수화 셀을 이용한 담수화결과

기사입력: 2017/08/29 [15:06]  최종편집: ⓒ e-patentnews.com
 
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