[네덜란드] 바닷물·민물 염분차 활용해 전기를 생산한다

역전분리기술을 이용한 독창적인 전력 생산방식

아프슬라이트다이크 지역에서 시범 운영 중

 

 

□ 온실가스 배출 없는 친환경 전기생산 시스템

 

  ㅇ 레드스탁(REDstack)사는 아프슬라이트다이크(Afsluitdijk)에 블루에너지(Blue Energy) 발전시설을 설치해 바닷물과 민물을 섞어 전기를 생산하는 프로젝트를 진행하고 있다.

    - 아프슬라이트다이크는 와던해(Wadden Zee)의 바닷물 유입을 막기 위해 축조한 32㎞ 길이의 대규모 방조제로, 안쪽으로는 아이셀미어(Ijsselmeer) 호수가 형성돼 있다.

    - 레드스탁사는 자사가 보유한 RED 기술을 입힌 장치들을 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.

    - 이 기술은 해수와 담수를 에너지원으로 이용해 온실가스를 배출하지 않아 친환경적이며, 강이 바다로 유입되는 지역이라면 세계 어디서든 적용될 수 있어 관련 사업의 발전 잠재력이 크다.

 

블루에너지(Blue Energy) 발전시설

자료원: redstack.nl

 

  ㅇ 레드스탁사는 블루에너지 발전시설 프로젝트의 규모를 키우고 RED기술의 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.

 

자료원: wetsus.nl

 

  ㅇ 웻수스 연구소와 후지필름(Fujifilm)사가 블루에너지프로젝트에 협력업체로 참여했다.

    - 레드스탁사는 후지필름사가 공급하는 이온교환 멤브레인(membrane)을 이용해 RED 설비를 제작하고, 웻수스 연구소에서 진행한 RED 기술에 대한 기초연구 결과에 기반해 블루에너지 시설을 최적의 상태로 운영했다.

 

□ 역전분리(Reverse Electrodialysis, RED) 시스템의 세부 원리

 

  ㅇ RED 기술은 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.

    - 이렇게 나뉘어진 이온들은 RED 설비의 이온교환 멤브레인(ion-exchange membrane)을 이용해 분리한다.

    - 이온교환 멤브레인은 두 가지 유형으로 구분되는데, 하나는 양이온만 통과시키는 양이온교환멤브레인(CEM), 다른 하나는 음이온만 통과시키는 음이온교환멤브레인(AEM)이다.

 

  ㅇ 한 쌍의 이온교환 멤브레인을 사이에 두고 해수와 담수를 섞어 양이온과 음이온을 생성, 생성된 이온들은 성질에 따라 나뉘어진다.

    - 바닷물이 민물을 만나면 바닷물에 포함된 소금기가 용해되면서 형성된 이온들이 민물로 이동하는데, 이때 양이온은 양이온교환멤브레인(CEM)을 통해서만 음이온은 음이온교환멤브레인(AEM)을 통해서만 이동한다.

    - 이렇게 개별적으로 나뉘어진 이온들은 서로 반대방향으로 흐르고, 이러한 흐름이 축적돼 배터리와 유사한 두 방향의 양 극을 형성함으로써 전력이 발생한다.

 

자료원: wetsus.nl

 

  ㅇ 쌍을 이룬 이온교환 멤브레인들을 층층이 쌓아 전체 RED시스템의 전력을 높일 수 있다.

    - 이렇게 쌓여진 여러 이온교환 쌍들은 하나의 RED 더미(stack)를 형성한다.

    - 하나의 RED 더미는 수백 쌍의 이온교환 멤브레인들로 구성돼 있으며, RED 더미의 증가는 전체 RED시스템의 발전 용량 증가로 이어진다.

 

□ RED 기술 관련 사업의 발전 가능성

 

  ㅇ RED 시스템의 개발 초기, 작은 시연장치를 작동시키는데 국한됐던 프로젝트가 현재 실제 와던해(Wadden Zee)의 해수와 아이셀미어 호수의 담수를 이용해 전력을 생산하는 단계로 발전했다.

    - 레드스탁사의 다음 목표는 개별 RED 더미의 발전용량과 수명을 최대화하는 것이다.

    - RED 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.

 

  ㅇ 바다와 강이 인접한 지역은 전 세계에 풍부하게 분포해 있기 때문에, RED 기술의 적용 및 진출 범위가 넓다.

  

지역	강의 개수	평균 유량(㎥/초)	총 전력(기가와트,GW)
아프리카	513	170,134	310
아시아	1,308	215,318	338
호주	275	15,811	30
오세아니아	529	1,478,888	275
유럽	767	66,308	91
북아메리카	2,000	190,467	319
남아메리카	439	319,597	314
합계	5,831	1,125,513	1,679

 

자료원: wetsus.nl

 

    - 아프슬라이트다이크에 설치된 블루에너지 발전시설이 생산한 수백㎿의 전력은 네덜란드 북부 주들에 거주하는 가구들의 전력 수요를 충족시킬 수 있다.

    - RED 시설의 성공 잠재력이 높은 연안 지역으로 캐나다 동부해안, 멕시코의 카리브 및 걸프해, 러시아 동부해안, 남아메리카 해안, 지중해, 노르웨이 해안 등이 있다.

 

□ 시사점 및 전망

 

  ㅇ 레드스탁사가 보유한 기술이 전 세계로 보급된다면 세계 에너지 수요의 80%를 공급할 수 있다.

    - 또한, 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.

    - 이 기술은 이산화탄소의 배출을 감소시킴으로써 세계 각국의 지구온난화 정책에 도움을 줄 것이다.

 

  ㅇ 레드스탁사의 블루에너지 발전시설은 2016년 네덜란드의 국가 아이콘으로 선정됐다.

    - 2016년 10월 18일, 네덜란드 경제부 장관 헨크캄프(Henk Kamp)는 네덜란드 TV 프로그램 ‘De Wereld Draait Door’에서 블루에너지를 포함한 3개의 국가 아이콘을 발표했다.

    - 네덜란드 국가 아이콘은 2년마다 글로벌 문제에 해결책을 제시한 혁신 기술에 수여되는 상이다.

 

  ㅇ 국가 아이콘상의 수상으로 레드스탁사는 네덜란드 정부로부터 폭넓은 지원을 받는다.

    - 인프라환경부(Minister of Infrastructure and Environment)가 레드스탁사 지원담당 부서로 배정됐다.

    - 레드스탁사는 정부 지원으로 국내 및 해외 네트워크 확장, 재정 지원, 파트너 발굴 등에 도움을 받을 뿐만 아니라 네덜란드 장관들과 동행하며 해외 무역사절단 및 박람회에 참여할 것이다.

 

자료원: redstack.nl, wetsus.nl, hollandtradeandinvest.com 및 KOTRA 암스테르담 무역관 자료 종합

 

[출처 = KOTRA GlobalWindow(http://news.kotra.or.kr) / 2016년 11월 15일]