네덜란드, ‘블루에너지’로 미래 에너지 선도
네덜란드, ‘블루에너지’로 미래 에너지 선도
  • 조강희 기자
  • 승인 2016.11.28 11:00
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레드스탁社, 바닷물·민물 염분차 활용 ‘역전 분리기술’ 이용 전기생산
▲ 레드스탁社의 블루에너지 발전소

[한국에너지신문] 네덜란드가 바닷물과 민물의 염분차를 활용해 전기를 생산하는 새로운 기술인 역전 분리기술을 이용해 전기를 생산하는 사업을 진행하고 있다.

현지 언론 등이 최근 보도한 바에 따르면 네덜란드 레드스탁(REDstack)사는 아프슬라이트다이크(Afsluitdijk)에 블루에너지(Blue Energy) 발전시설을 설치해 바닷물과 민물을 섞어 전기를 생산하고 있다.

이 지역은 덴마크와 독일, 네덜란드가 접경을 이루고 있는 바덴(Wadden) 해의 바닷물 유입을 막기 위해 축조한 32㎞ 길이의 대규모 방조제다. 안쪽으로는 아이셀미어(Ijsselmeer) 호수가 형성돼 있다.

레드스탁사는 역전분리 장치를 이용해 해수와 담수가 만나는 과정에서 발생한 양극의 이온들을 분리하는데, 이 과정에서 전기가 생산된다. 이전에도 해수와 담수의 염분 농도차를 이용한 삼투압(osmotic) 에너지를 통해 전력을 발생시키는 기술이 소개된 적이 있으나, 실생활에서 이용된 적은 없었다.

레드스탁사는 블루에너지 발전시설 프로젝트의 규모를 키우고 자사 기술의 상업화를 위해 웻수스에서 독립한 스핀오프(spin-off) 기업이다. 웻수스는 지속가능한 물 기술 연구 및 개발 활동을 위한 기관으로, 네덜란드 물 기술 산업의 중추역할을 하고 있다.

2005년 웻수스 연구소는 블루에너지 개념을 처음 소개했고, 약 10년의 준비기간을 걸쳐 2014년 레드스탁사를 설립해 아프슬라이트다이크 지역에서 파일럿 테스트를 시작했다.

이 시험에는 웻수스 연구소와 후지필름(Fujifilm)사가 블루에너지프로젝트에 협력업체로 참여했다. 레드스탁사는 후지필름사가 공급하는 이온교환 박막(membrane)을 이용해 설비를 제작하고, 웻수스 연구소에서 기술에 대한 기초연구 결과에 기반해 블루에너지 시설을 최적의 상태로 운영한다.

역전분리(Reverse Electrodialysis,RED) 시스템기술은 소금과 같은 이온화합물이 물에서 전극을 띤 이온으로 용해되는 원리를 기반으로 한다. 바닷물에 녹아있는 소금의 주 성분은 염화나트륨(NaCl)으로, 물에서 용해될 때 양나트륨이온(Na+)과 음나트륨이온(Cl-)으로 나뉜다. 나뉘어진 이온들은 설비의 이온교환 박막(ion-exchange membrane)을 이용해 분리한다.

이온교환 박막은 두 가지 유형으로 구분되는데, 하나는 양이온만 통과시키는 양이온교환박막, 다른 하나는 음이온만 통과시키는 음이온교환박막이다. 

한 쌍의 이온교환 박막을 사이에 두고 해수와 담수를 섞어 양이온과 음이온을 생성하고, 생성된 이온들은 성질에 따라 나뉘어진다. 바닷물이 민물을 만나면 바닷물에 포함된 소금기가 용해되면서 형성된 이온들이 민물로 이동하는데, 이때 양이온은 양이온교환박막을 통해서만 음이온은 음이온교환박막을 통해서만 이동한다.

나뉘어진 이온들은 서로 반대방향으로 흐르고, 이러한 흐름이 축적돼 배터리와 유사한 두 방향의 양 극을 형성함으로써 전력이 발생한다. 쌍을 이룬 이온교환 박막들을 층층이 쌓아 전체 시스템의 전력을 높일 수 있다.

시스템의 개발 초기에는 작은 시연장치를 작동시키는데 국한됐던 프로젝트가 현재는 실제 바덴 해의 해수와 아이셀미어 호수의 담수를 이용해 전력을 생산하는 단계로 발전했다. 레드스탁사의 다음 목표는 발전용량과 수명을 최대화하는 것이다. 역전분리시스템 더미의 크기를 증가시키면 해수 및 담수와 접촉하는 표면적이 넓어져 발전용량이 증가한다. 

또한, 지표수를 사용하는 과정에서 생겨난 오염물질 및 더미 부착물에 대한 해결방안을 마련해 제품 수명을 늘릴 수 있다.

바다와 강이 인접한 지역은 전 세계에 분포해 있다. 아프슬라이트다이크에 설치된 블루에너지 발전시설이 생산한 수백 메가와트의 전력은 네덜란드 북부 주들에 거주하는 가구들의 전력 수요를 충족시킬 수 있다.

이 기술을 적용할 때 성공 잠재력이 높은 연안 지역은 캐나다 동부해안, 멕시코의 카리브 및 걸프해, 러시아 동부해안, 남아메리카 해안, 지중해, 노르웨이 해안 등이 있다.

레드스탁사가 보유한 기술이 전 세계로 보급되면 세계 에너지 수요의 80%를 공급할 수 있다. 전력 생산에 이용되는 해수와 담수는 세계적으로 고갈 위험이 없는 풍부한 자원이며, 전력 생산 후 버려지는 기수(brackish water)는 전력 생산과정에서 발생하는 유일한 부산물로, 바다에 버려지더라도 어떠한 공해도 유발하지 않는다.


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