새로운 태양열 온수지와 막 증류 시스템

KISTI 『글로벌동향브리핑』 2010-01-06

미국 리노에 위치한 네바다 대학(University of Nevada)이 개발한 특수한 저비용 태양열 온수지(solar pond, 태양열 발전용 해수 집열지) 및 재생 에너지를 이용하여 동력을 공급하는 특허를 취득한 막 증류 시스템(membrane distillation system)을 이용하여 물을 담수화하는 새로운 시스템 덕분에 전 세계 종단 호수(terminus lake)의 생태계가 이득을 누릴 수 있을 것으로 기대된다. 그레이트솔트 호(Great Salt Lake), 살톤 호수(Salton Sea), 아랄 해(Aral Sea), 워커 호(Walker Lake) 등과 같은 종단 호수들은 인간 및 자연적 과정으로 인하여 수중 염도(salinity)가 등락을 거듭한다고 네바다 대학 수문학과(hydrological sciences) 박사 과정 학생인 Francisco Suarez는 밝혔다. 높은 수준의 염도는 수중 생명체에 위협이 될 수 있다고 Suarez는 덧붙였다. Suarez가 수행한 태양열 온수지에 관한 연구의 일부는 2009년 미국 지구물리 협회(AGU; American Geophysical Union) 가을 연례회의에서 발표됐으며, 2010년 초 International Journal of Heat and Mass Transfer에 출간될 예정이다. Suarez는 태양열 온수지의 하부에서 태양열을 포획하는 인위적인 염도 구배 성층 공정(salt-gradient stratification process)과 최근 네마다 대학이 특허를 취득한 수집된 태양 에너지로 동력을 공급하는 막 증류 시스템을 개발 중이다. 이 시스템은 물의 유출이 없고 높은 증발 속도를 나타내는 한편 미네랄과 염분의 농도가 높은 닫힌 만(closed-basin region) 지역의 생태계를 지탱하도록 고안됐다. 195℉ 이상의 온도에 도달할 수 있는 연못의 더 낮은 저장대(storage zone)에 있는 뜨거운 염수는 난방, 열적 담수화(thermal desalination), 기타 저온 열적 응용 분야 등에 직접적으로 이용될 수 있다. 연구진의 모델 결과는 비록 단열층이 이중 확산 유동(double-diffusive convection)으로 부식이 진행되고 있고 태양열 온수지가 안정하게 유지되고 있다고 할지라도, 약 2주 동안 태양열 온수지의 하부 온도가 68℉에서 126℉로 증가한 것을 보여 주었다고 Suarez는 설명했다. 새로운 공정은 실험실에서 수행된 400 갤런의 수조를 이용한 작은 규모의 실험에서 성공적임이 입증됐다. 연구진이 수행할 다음 단계의 연구는 개방된 환경에서 저온 담수화 시스템의 형태로 논증할 수 있는 시범 프로젝트를 구축하는 것이다. 이 연구는 동 대학 도시 환경 공학과 교수인 Amy Childress 교수와 지질공학과 소속인 Scott Tyler 등이 참여 했으며, Childress는 막 증류 시스템을, Tyler는 태양열 온수지에 온도를 기록하는 광섬유 케이블과 레이저를 이용한 온도 센싱 시스템의 개발에 기여했다. 새롭게 개발된 시스템에 사용되는 대부분의 동력은 태양열 온수지 하부에 열을 포획하여, 재생 에너지인 일광을 사용하기 때문에, 시스템을 운영하는 데 소요되는 비용은 무시할 수 있는 수준이다. 이 시스템은 저장된 에너지를 이용하여 하루 24시간 운영될 수 있으며, 매우 적은 양의 전기가 소비될 것이라고 Suarez는 밝혔다. 연간 태양열 온수지 표면 1 에이커(acre) 당 3 에이커-피트(acre-feet)의 담수를 제조할 수 있다고 Suarez는 밝혔다. 새로운 시스템의 주요 장점은 재생 에너지를 사용할 뿐 아니라 유지비용이 적게 소요되며, 이 시스템을 운영하는 데 도움을 주는 성층 공정은 호수 자체의 염분을 이용할 수 있다는 점이라고 Suarez는 설명했다. Tyler는 이 공정이 안전한 수중 서식지를 구현할 수 있을 만큼 충분한 담수화를 구현하는 염분 관리 프로그램과 다른 복원 노력의 구성 요소 중 하나로 기여하게 될 것이라고 밝혔다. 새로운 기술은 적당한 담수 흐름과 우수한 태양열 가능성 및 경사가 있는 수자원 시스템을 갖춘 지역은 어느 곳이나 적용 가능하다. 200645_sciencedaily_20100106_fig1.jpg 출처 : http://www.sciencedaily.com/releases/2010/01/100105170942.htm