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에너지연, 해양 염분차발전 기술 이온 전달 원리 규명수자원 분야 세계 최고 권위지 '워터리서치'에 논문 게재
이온교환막 내 이온전달 원리 및 해석 결과./자료제공=한국에너지기술연구원

한국에너지기술연구원 제주글로벌연구센터 김한기 박사는 해양 염분차발전 기술의 이온 전달 원리를 규명할 수 있는 수학적 해석 모델을 개발했다고 9일 밝혔다. 이 연구 결과를 수자원 분야 세계 최고 권위지인 '워터 리서치(Water Research)'에 게재됐다.

'해양 염분차발전'은 해수와 담수 사이의 염 농도 차이를 이용해 전기에너지를 생산하는 발전방식이다. 높은 에너지 잠재량을 갖고 있어 상용화를 위한 기술 개발이 활발하다.

대표적인 해양 염분차발전 기술인 역전기투석 방식은 해수 내에 포함된 이온이 이온교환막을 통해 이동하면서 얻어지는 에너지를 전기로 전환하는 방식이다.

최근 세공충진형 이온교환막 등 핵심 기술이 새롭게 개발되고 있으나 기존의 수학적 해석 모델로는 다양한 이온교환막의 이온 전달 원리를 규명할 수 없어 정확한 성능을 분석하기 어려웠다.

'세공충진형 이온교환막'이란 소수성 지지체가 갖는 나노 사이즈의 기공 내에 이온 전달을 할 수 있는 친수성 고분자를 채워 선택적인 이온 교환을 할 수 있도록 제작된 분리막이다. 이온교환막 대비 낮은 전기적 저항과 높은 선택도를 지닌다.

연구진은 이를 극복하기 위해 '전도성 이동 거리(CTL)'로 명명한 개념을 기존의 수학적 해석 모델에 도입, 이온교환막 내의 이온 전달 원리를 정확하게 규명하는데 성공했다.

'전도성 이동 거리'란 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 세공충진 방식을 포함한 다양한 이온교환막에 범용적으로 적용할 수 있어 기술 상용화에도 크게 기여할 수 있을 것으로 기대된고 있다.

김한기 박사는 "이번 해석 모델링 개발을 바탕으로 추가 기술 개발을 통해 이온교환막 및 스택 등의 소재·부품 국산화 기술 개발에도 큰 기여를 할 것으로 기대된다"고 말했다.

허진만 기자  snews@s-news.kr

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#에너지연#해양#염분차#이온전달

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