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버려지는 고염도 농축수에서 리튬 추출…전기·식수 확보도 가능

등록 2023.02.07 14:49:56

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생산기술연구원, 전기투석 방식의 '순환형 에너지 시스템' 개발

고수율 담수·리튬 확보 가능, 증산발전 소자로 해수 전기투석

[대전=뉴시스] 고순도 리튬 추출 시스템 모식도. *재판매 및 DB 금지

[대전=뉴시스] 고순도 리튬 추출 시스템 모식도. *재판매 및 DB 금지

[대전=뉴시스] 김양수 기자 = 담수화 공정 뒤 버려지는 고염도 농축수를 재활용할 수 있는 신기술이 개발됐다.

한국생산기술연구원은 한러혁신센터 정다운 박사팀이 해양생태계를 교란시키는 농축수로부터 담수와 고순도 리튬을 얻을 수 있는 순환형 에너지 시스템을 개발했다고 7일 밝혔다.  

이번에 정 박사팀은 전기투석 방식의 담수화 시스템의 경우 높은 전류를 필요로 하지 않는다는 점에 착안, 한 쪽에 물을 주입하면 모세관 현상에 의해 반대쪽 건조한 방향으로 물이 흐르면서 그 차이로 전기를 생산하는 '증산발전 소자'를 개발했다.
 
연구팀은 "식물이 뿌리에서 흡수한 물을 잎의 기공을 통해 내보내는 증산작용 원리를 본 딴 에너지 하베스팅 소자로 한번만 물을 주입하면 공기 중의 수분을 자동으로 흡수해 자가발전하는 순환형 시스템이다"고 설명했다.
 
연구팀은 친수성의 셀룰로오스 파이버를 수직배향하고 모든 섬유조직에 나노크기의 카본입자를 코팅하는 방식으로 표면적을 넓혀 물의 이동과 증발에 유리한 원통형 소자를 제작했다. 전력은 소자 내 물의 이동 속도와 증발량에 좌우된다.

각각의 증산발전 소자는 한 개당 0.4~0.5V의 전기를 생산하며 이는 3개 연결 시 1.5V 건전지 한 개에 해당하는 전력량으로 크지 않지만 소자를 직·병렬로 연결해 모듈화하고 모듈을 계속 적층하는 방식으로 발전량을 조절할 수 있다.
 
또 적층방식을 적용해 거대한 설비나 넓은 부지가 필요없고 물을 활용한 증산발전으로 에너지를 얻기 때문에 이산화탄소를 발생시키지 않는 것도 장점이다.    
 
이어 연구팀은 개발한 증산발전 소자에 전기투석 장치를 연결해 고수율의 담수와 리튬을 얻는 순환형 에너지 시스템을 세계 최초로 개발하는 데 성공했다.

장치 내부에는 2개의 특수 멤브레인(분리막)을 삽입해 중앙에 바닷물을 주입하면 지속 순환하면서 한쪽에는 담수가, 다른 한쪽에는 리튬 농축수가 만들어지는 구조다. 이번 연구에는 한양대학교 기계공학부 곽노균 교수 연구팀의 전용기술인 '이온 거동 가시화기술'이 적용됐다. 
 
리튬 농축시스템은 리튬(Li)만 선택적으로 분리하는 멤브레인을 삽입해 Li과 Cl₂, H₂ 가스가 만들어지는 구조로 연구팀은 리튬을 분리해 분말화하는 공정도 함께 개발했다.
 
생산된 리튬 분말은 세라믹연구원의 공인인증 결과, 실용화 가능한 수준인 99.6%의 고순도를 보이는 것으로 나타나 현재 민간기업과 함께 리튬 생산규모를 확대키 위한 연구가 진행중이다.
 
정다운 박사는 "개발된 순환형 에너지 시스템은 전기와 식수를 동시에 얻을 수 있어 물이 부족한 지역이나 우주선과 같은 특수 환경에서도 활용 가능한 시스템"이라며 "다른 생산방식보다 저렴한 비용으로 고순도 리튬까지 추출할 수 있어 경제성 있는 리튬 생산을 위해 기업과의 기술고도화 작업을 추진 중이다"고 말했다.


◎공감언론 뉴시스 [email protected]

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