[일본] 니폰쇼쿠바이, 재생 가능한 해수담수화 일러스트 저전력 정삼투(FO)용 유도 개발

류실증 벽돌서 500㎥/일 담수 생산…6천㎥/일 확대 목표

전력량 RO 시스템의 1/3으로 고급… 담수율 65% 배터리

해수담수화 및 수처리를 위한 정삼투압(FO) 실증 시스템. 류비 시스템즈는 류섬에서 공동 개발한 유도를 실행해수에서 500㎥/일의 담수를 생한하는 거대 실증 프로젝트를 시작했습니다. [사진출처 = NIPPON SHOKUBAI]

 

일본 관측소 ㈜니폰쇼쿠바이(NIPPON SHOKUBAI)는 미국 캘리포니아 해양 ㈜트레비시스템즈(Trevi Systems)와 공동으로 수담수화 및 수처리의 시스템인 정삼투법(forward osmosis, FO)의 핵심 부품으로 참여( draw Solution)을 개발했다.

미국 에너지부(US Department of Energy)로부터 400만 달러의 것을 발생시키려는 트레비 섬 시스템은 2022년 6월 류섬에서 공동 개발한 유도를 내보내는 수에서 500㎥/일의 담수 생산을 위한 독립 실증 프로젝트를 시작합니다 9월 데이터 수집을 포기했습니다. 

문제가 아닌 것은 세계적으로 문제로 대두되고 문제를 해결하는 역삼투법(reverseosmosis, 이하 RO)은 농업 및 식수용 해수담수화와 공업용수 처리에 핸들러가 있습니다.

RO 시스템은 RO 부패(역삼투막) 위에 해수 또는 하수를 가압해 염분(NaCl 등)과를 제거하는 기술이다. 이 시스템을 사용하면 고품질의 물을 얻을 수 있지만 가압 펌프에서 전력이 많이 소모됩니다([그림 1] 참조).

 [그림 1] RO 시스템과 FO 시스템 비교 [사진출처 = NIPPON SHOKUBAI]

FO 시스템은 이 문제를 해결할 수 있는 도구로 존재했습니다. 

FO 시스템은 서로 다른 용질의 액체가 반투막에 의해 분리되고, 물이 저농도의 송에서 고농도의 분들로 이동하는 자연적인 과정에서 삼투막을 찾는다.

해수담수화에서 FO 시스템은 해수와 유도 용액의 용질 농도 차이와 FO 멤브레인(반투과성 멤브레인)의 한쪽 면에 있는 유도 용액의 결과로 발생하는 자연 삼투압을 활용해 낮은 압력과 에너지 조건에서 해수에서 유도 용액으로 담수를 끌어오거나 운반한다.

니폰 쇼쿠바이와 트레비시스템즈가 개발한 유도 솔루션 (유도 솔루션은 촬영을 목적으로 안료로 착색됨) . [사진출처 = NIPPON SHOKUBAI]

 

트레비 시스템즈의 FO 시스템의 핵심 요소는 역행 열분해 용질 유도 용액을 사용하고,  유도 용질을  FO 멤브레인으로 재활용하는 것이다.

트레비시스템즈는 2016년 중동(UAE)의 해수에서 50㎥/일의 담수 생산을 실증하기 위한 파일럿 테스트를 실시했으며, FO 시스템을 사용하면 RO 시스템 대비 전력 소비를 약 1/3로 줄일 수 있음을 확인했다.

트레비 시스템즈의 FO 시스템 [사진출처 = NIPPON SHOKUBAI]

 

그러나 FO 시스템을 본격적으로 활용하기 위해서는 물 생산량의 개선이 필요하며, 이를 실현하기 위해서는 핵심 부품인 유도 용액의 기능 향상이 중요하다. 니폰 쇼쿠바이와 트레비 시스템은 이전 제품에 비해 물 생산량을 30% 개선할 수 있는 유도 용액을 성공적으로 개발했다(그림 2]) 참조]. 이번에 개발된 유도 용액은 하와이 제도의 트레비 시스템즈가 운영하는 실증 파일럿 플랜트(500㎥/일)에서 사용됐다.

프로젝트의 주요 성과는 다음과 같다.

1. 해수에서 담수회수율이 상업용 Ro 시스템 기능을 능가하는 65%를 달성했다. 

2. 전기 에너지 소비는 RO 시스템의 1/3을 달성했다.

3.경쟁력 있는 자본 비용 : 기존 RO 담수화 시스템과 비교해 경쟁력 있는 자본 비용을 입증했다.

트레비 시스템즈는 NELHA 공장의 역량을 더욱 확장하기 위해 최선을 다하고 있으며, 동일한 현장에서 6천㎥/일이상으로 용량을 늘리고 미네랄 회수를 위해 염수 및 염수 농축을 사용 액체 배출 제로 가능성을 보여줄 계획이다.

FO 시스템은 중동과 같이 물 수요가 많은 지역의 해수담수화는 물론 염수 농도를 높여 액체 배출 제로를 달성하기 위해 도입을 검토 중이다. 

니폰 쇼쿠바이는 향후 FO 시스템의 확대를 목포료 유도 용액의 성능과 기능을 향상을 위해 더욱 노력할 예정이다.

[원문보기] 

Nippon Shokubai’s Newly Developed Material Contributed the Successful Demonstration of Groundbreaking Renewable Seawater Desalination Plant in Hawaii

 

NIPPON SHOKUBAI CO., LTD. (Headquarters: Osaka, Japan, President: Kazuhiro Noda, hereinafter “Nippon Shokubai”) combined forces with Trevi Systems Inc. (Headquarters: California, USA, CEO: John Webley, hereinafter “Trevi Systems” *1) in the development of the draw solution as a key component in the forward osmosis (hereinafter “FO”) system, which is a next generation system for seawater desalination and water treatment.

With $4 million grant from US Department of Energy, Trevi Systems commenced a large scale project  to demonstrate the production of fresh water at a volume of 500 m3 per day from seawater using the jointly developed draw solution on the islands of Hawaii in June, 2022 (Photo 1, *2) and completed the data collection in September, 2023.

In recent years, water shortage has become a serious problem in the world, and reverse osmosis (hereinafter “RO”) is widely used in the seawater desalination for agricultural and drinking water use and for treatment of industrial water.

The RO system is a technology that involves the pressurization of seawater or wastewater over an RO membrane to remove salts (such as NaCl) and impurities. While this system enables the acquisition of high quality water, the large amount of electric power consumed by the pressurizing pump is considered an issue (Figure 1).

Meanwhile, the FO system is focused on as a means that will resolve this issue. The FO system utilizes the osmosis, which is a natural process and occurs when liquids of differing solute concentrations are separated by a semi-permeable membrane and water moves by the process of osmosis from the solution of lower concentration to that of higher concentration.

해수담수화에 있어서 FO 시스템은 해수와 유도용액의 용질농도 차이와 FO막(반투과막) 한쪽 면의 유도용액에 따른 자연삼투압을 활용하여 끌어당김/이송하는 시스템이다. 낮은 압력과 에너지 조건에서 모든 일이 발생하면서 해수에서 담수를 유도 용액으로 유입합니다(그림 1). Nippon Shokubai와 Trevi Systems는 저등급 열열을 사용하여 회수된 물에서 분리되는 유도 용액을 개발했습니다(사진 2).

Trevi Systems는 2010년에 설립된 미국 회사입니다. Trevi Systems의 FO 시스템의 핵심 요소는 역행성 열분해 용질 유도 용액을 사용하고 유도 용질을 FO 멤브레인으로 다시 재활용하는 것입니다(그림 2).

트레비시스템즈(Trevi Systems)는 2016년 중동(UAE) 해수에서 하루 50m3의 담수 생산을 실증하기 위한 파일럿 테스트를 실시한 바 있다. RO 시스템에 비해 약 1/3입니다.

그러나 FO 시스템을 본격적으로 활용하기 위해서는 물 생산량의 향상이 필요하며, 이를 실현하기 위해서는 핵심 구성 요소인 유도 용액의 기능 향상이 중요하다.

Nippon Shokubai와 Trevi Systems는 이전 제품에 비해 물 생산량을 30% 향상시키는 기능을 갖춘 드로우 솔루션을 성공적으로 개발했습니다. 이렇게 개발된 유도 용액은 하와이 섬(*2)에서 Trevi Systems가 운영하는 실증 파일럿 플랜트(500m3/일)에 사용되었습니다.

프로젝트의 주요 성과는 다음과 같습니다.

1. 해수 담수 회수율이 65%를 넘어 상용 RO 시스템의 성능을 뛰어넘었습니다.

2. RO 시스템에 비해 전기 에너지 소비가 1/3입니다.

3. 경쟁력 있는 자본 비용 : 기존 RO 담수화 시스템과 경쟁력 있는 자본 비용을 입증했습니다.

Trevi Systems는 동일한 현장에서 용량을 6,000m3/일 이상으로 늘릴 계획을 가지고 NELHA 플랜트의 역량을 더욱 확장하기 위해 노력하고 있으며 염수 및 광물용 염수 농도를 사용하여 액체 배출 제로(*3)의 가능성을 보여줍니다. 회복.

중동 등 물 수요가 높은 지역의 해수 담수화는 물론, 염수 농축을 위한 FO 시스템 도입도 검토 중이다. Nippon Shokubai는 향후 FO 시스템 확장을 목표로 드로우 솔루션의 성능과 기능을 개선하기 위해 더욱 노력할 것입니다.

[출처 = 니폰쇼쿠바이(Nippon Shokubai) ( https://www.shokubai.co.jp/en/news/2024021513628/ ) / 2024년 2월 15일]