세계적으로 해수담수화기술 도입이 크게 늘고 있는 가운데 전량 수입되고 있는 산업분야 핵심소재인 마그네슘을 친환경적으로 추출하고 발전소에서 나오는 이산화탄소를 저감하는 동시 처리 기술이 세계 최초로 개발됐다.

한국지질자원연구원(원장 김복철, KIGAM) 방준환 박사 연구팀은 해수담수화 과정에서 발생하는 농축폐수(이하 농축수)에서 이산화탄소와의 반응을 통해 마그네슘을 추출하고 탄소 배출량을 획기적으로 감축한 기술(이하 해수담수화 농축수 자원화 및 CO2 동시 처리 기술)을 개발하는데 성공했다.

해수담수화 농축수 자원화 및 CO2 동시 처리 기술은 해수담수화 공정에서 나온 농축수에 알칼리물질과 이산화탄소를 넣어 고체화된 탄산염 광물을 생성시켜, 마그네슘을 추출하고 이산화탄소 발생을 최소화하는 친환경 융합 자원회수기술이다.

우리나라의 해수담수화 농축수 발생은 '7만5000톤/일'로 추정되고 있으며, 2~3년 내 '17만5000톤/일’까지 증가할 것으로 예상된다. 

담수화 과정에서 바닷물 2톤을 담수 1톤으로 만드는데 사용되는 전기는 약 1.8kg의 이산화탄소를 발생시킨다.

특히 해수담수화 과정에서 제거된 소금 성분은 모두 농축수에 모이며 기존 해수보다 소금 함유량이 2배 정도 많다. 별도의  과정 없이 농축수를 바다에 내보낼 경우 면역력이 약한 치어(稚魚) 등은 몸속 수분이 빠져나가 죽을 수 있다.

연구팀은 CO2광물화 기술을 적용해 바다에 폐수로 버려지는 농축수에 함유된 마그네슘의 90~99%를 회수하고 이산화탄소의 97%이상을 고체화하는데 성공했다.

해수담수화 과정에서 버려지는 농축수에 알칼리물질(가성소다)과 이산화탄소를 첨가하면 이산화탄소가 농축수에 들어있는 칼슘 및 마그네슘과 반응해 고체의 탄산염 광물로 전환된다.

이 과정에서 농축수에 함유된 마그네슘의 90~99%가 추출돼 탄산염 광물로 바뀐다. 농축수에 첨가한 이산화탄소도 97%이상 저감된다.

또한 연구팀은 마그네슘 추출 이후 남은 농축수의 전기화학  반응을 통해 가성소다와 친환경 자원인 수소, 플라스틱 원료인 염소의 생성을 확인했다. 가성소다는 농축수에 이산화탄소와 함께 첨가하는 물질로 비누 및 제지산업 등에 주원료로 사용되고 있다.  

위 과정에서 소금 등의 염분 농도가 낮아져 농축수 방류로 인한 해양생물 피해를 최소화할 수 있다. 

연구팀은 이번 기술의 적용으로 순도를 높이는 별도의 공정 없이도 마그네슘 탄산염에 함유된 불순물이 2% 미만으로 떨어지는 효과를 확인했다. 

‘해수담수화 농축수 자원화 및 CO2 동시 처리 기술’은 폐수로 내보내는 농축수의 CO2광물화를 통해 유가자원인 마그네슘을 회수하고 이산화탄소를 저감하는 친환경 융합 기술이다.

특히 기술 적용 과정에서 산업원료(수소, 염소, 가성소다)의 산출은 물론 농축수의 염분농도를 조절해 해양생물생태계의 보전과 탄소중립 실현에 기여할 수 있는 핵심 기술이라고 할 수 있다.  

연구책임자인 방준환 박사는 “해수담수화 농축수 자원화 및 CO2 동시 처리 기술은 해수담수화 현장에서 나오는 농축수와 이산화탄소 발생이라는 현안을 동시에 해결해주는 연구성과다”며 “지속적인 연구와 협업을 통해 기술 상용화는 물론 친환경 에너지 자원개발로의 연구영역 확장을 위해 최선을 다하겠다”고 말했다. 

‘해수담수화 농축수 자원화 및 CO2 동시 처리 기술’의 주요 연구결과는 ‘CO2 저감을 위한 담수화 농축수의 순차적 탄산염 광물화의 제목으로 세계적 학술지인 Journal of CO2 Utilization에 발표된 바 있다.