개별연구자성과

김정환·김정훈 교수팀

김정환·김정훈 교수팀, 태양열을 활용한 에너지 효율적인 새로운 하이브리드 담수화 시스템 개발 물 자원 분야 세계적 권위 학술지 ‘Water Research’ 게재

사진 1. (왼쪽부터) 김선우 석박통합과정생, 김정환 교수, 장지은 석박통합과정생, 김정훈 교수

우리대학교 화공생명공학과 김정환, 김정훈 교수팀이 태양열을 활용한 에너지 효율적인 새로운 하이브리드 담수화 시스템을 개발했다.

연구 결과는 물 자원 분야의 권위 있는 학술지인 'Water Research (IF 11.5, JCR 상위 0.4%)'에 게재됐다.

물 부족 문제로 인해 해수담수화 기술에 대한 수요가 점차 증가하고 있다. 그러나 기존의 해수담수화 기술은 낮은 담수 회수율과 높은 에너지 소비로 인해 경제성이 낮으며 환경적 지속 가능성을 저해하는 한계점이 있었다.

그림 1. 역삼투-태양열 기반 담수화-압력지연삼투 공정이 결합된 새로운 하이브리드 담수화 시스템 개요

이러한 문제를 해결하기 위해, 연구팀은 태양열 기반 담수화를 도입하여, 역삼투-태양열 기반 담수화-압력지연삼투 공정이 결합된 새로운 하이브리드 해수담수화 시스템을 개발했다.

제안된 시스템은 세 단계로 구성된다. 첫째, 역삼투를 통해 담수가 1차로 회수된다. 둘째, 역삼투 담수화 후 남은 농축수는 태양열 기반 담수화를 통해 2차 담수로 회수된다. 셋째, 태양열 기반 담수화 후 남은 최종 농축수는 압력지연삼투를 통해 에너지 생산에 활용된다.

실험 및 시뮬레이션 결과, 기존 시스템 대비 제안 시스템의 담수 회수율은 14.5% 증가, 에너지 소비량은 38.9%, 비용은 16.7% 감소함을 확인하였고 전과정 평가를 통해 환경적인 시스템임을 입증했다.

이번 연구 결과는 담수화 분야에서 적극적으로 응용될 것으로 기대되며, 특히 태양열 기반 담수화를 이용한 무전력 담수화 기술

의 새로운 응용 가능성과 지속 가능한 물 부족 해결책을 제시할 것으로 기대된다.

이번 연구는 화공생명공학과 김정훈 교수팀(제1저자 장지은 통합과정)이 태양열 기반 담수화 실험을 진행했고, 김정환 교수팀(제1저자 김선우 통합과정)이 시스템 모델링 및 시뮬레이션을 통한 경제성 및 환경성 평가를 진행했다.

한편, 이번 연구는 한국산업기술진흥원(KIAT)과 한국연구재단(NRF)의 지원을 받아 진행되었다.

논문 제목: Design and optimization of hybrid seawater reverse osmosis–solar-driven desalination–pressure retarded

osmosis system for energy efficient desalination maximizing economic potential

연구진