KIST, 광학적 차이 이용 '막 오염·막 젖음 현상' 실시간 확인

KIST(한국과학기술연구원·원장 이병권)는 정성필, 이석헌 물자원순환연구센터 박사팀이 바닷물을 담수화 하는 기술 중 하나인 막 증발법에서 막 오염을 실시간으로 관측하는 시스템을 개발했다고 26일 밝혔다.

막 증발법은 해수를 가열해 발생된 수증기를 소수성 분리막을 통과시켜 해수와 수증기를 분리한 후 응축해 담수를 생산하는 기술을 말한다. 시스템 개발로 차세대 담수화 기술 상용화가 앞당겨질 것으로 기대된다.

해수를 담수화하는 기술은 물부족 해결을 위해 1970년대 상용화됐다. 그 중 막 증발법은 태양열과 지열과 같은 신재생에너지를 적용해 막 증류 공정을 상용화하면 해수담수화 비용을 절감할 수 있어 차세대담수화 기술로 주목받고 있다.

하지만 해결할 부분이 있다. 막 증발법으로 담수를 생산하는 과정에서 해수와 접촉하는 분리막에 오염 물질이 부착·침투하게 되면, 틈이 막혀 담수 생산 속도가 느려지거나 수증기만 통과해야하는 소수성 분리막을 해수가 직접 통과하게 돼 생산된 담수의 수질이 나빠질 수 있다.

이렇게 분리막이 막히는 것을 '막 오염(fouling)'이라고 하며, 해수가 소수성 분리막을 직접 통과하는 것을 '막 젖음(wetting)'이라고 한다. 막 오염과 막 젖음은 서로 연관이 있는 것으로 많은 연구를 통해 알려져 왔으나, 막 젖음이 막 오염이 일어난 지점에서 발생하는 지에 대해서는 확인된 바가 없었다.

KIST 연구팀이 막 증발법에서 막 오염을 실시간으로 관측하는 시스템을 개발했다. 사진은 막증발법과 관측시스템의 통합 모식도.<사진=KIST 제공>
KIST 연구팀이 막 증발법에서 막 오염을 실시간으로 관측하는 시스템을 개발했다. 사진은 막증발법과 관측시스템의 통합 모식도.<사진=KIST 제공>
연구진은 이를 해결하기 위해 막 증류 분리막에 막 오염이나 막 젖음 현상이 발생하는 경우 광원이 있을 때 막 오염은 어둡게, 막 젖음은 밝게 나타나는 광학적인 차이가 있는 것을 확인하고 이를 이용해 실시간으로 모니터링 가능한 장치를 개발했다.

이 장치를 이용하면 실시간 모니터링 장치를 부착해 분리막을 지속적으로 관찰했을 때, 막 젖음이 확인되는 시점에 막 젖음이 분리막의 어느 위치에서 발생하고 어떻게 변화하는지 시각적으로 확인할 수 있다. 또 서로 다른 막 오염 및 막 젖음이 발생할 수 있는 다양한 온도 조건에서 실험을 수행해 막 오염과 막 젖음 현상을 실시간으로 확인 가능하다.

정성필 박사는 "다양한 조건에서 실험을 하여 분리막의 막 젖음이 주로 발생하는 원인을 규명하여 막 오염과 막 젖음을 최소화할 수 있는 막 증류 공정 운영 조건을 확보해 막 증류 공정의 상용화에 기여할 수 있을 것"이라고 말했다.
  
연구는 환경부(장관 조명래) 플랜트연구사업과 KIST 기관고유사업으로 수행됐으며, 연구결과는 'Desalination' 최신호에 게재됐다.

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