'정제수·수소' 동시 생산할 수 있는 기술 개발됐다…서울대 연구팀 성과

정제수와 수소를 동시에 생산할 수 있는 정수 시스템이 개발됐다.

4일 서울대 공대에 따르면 김성재 전기정보공학부 교수가 이끄는 연구팀은 최근 정제수와 수소를 한꺼번에 생산할 수 있는 새로운 에너지 회수형 정수 시스템을 개발했다.

과학기술정보통신부와 서울대 에너지이니셔티브(SNUEI) 연구단의 지원을 받아 진행된 이번 연구의 성과는 국제학술지 ‘커뮤니케이션 머티어리얼스(Communication Materials)’ 온라인판에 게재됐다.

이 시스템은 염수에서 불순물을 제거하는 동시에 수소 이온을 전극에서 환원시켜 수소 가스를 생산하는 구조로 구현됐다. 기존 담수화 시스템과 수전해 시스템을 통합해 에너지 손실을 최소화하는 방식이다. 구체적으로는 전류를 특수한 막(양이온 교환막)을 통과하게 흘리는 과정에서 막의 한쪽에서는 염분과 오염 물질이 제거되어 깨끗한 물이 만들어진다. 이와 함께 다른 한쪽에서는 수소 이온이 전극에서 전자를 받아 수소 기체로 환원되면서 물과 수소가 함께 발생한다.

시스템은 모듈화가 가능한 소형 장치로 개발돼 모듈 조립을 통해 다양한 대형 장치로 확장될 수 있다. 연구팀 관계자는 “우주선 내부나 재난 현장 등 자원이 부족한 환경에서 물과 에너지원을 동시에 생산할 수 있는 차세대 핵심 기술로 평가받는 이유”라고 설명했다.

‘물과 에너지를 동시에 생산하는 것은 불가능하다’는 난제를 해결하고자 연구 개발에 뛰어든 김성재 교수 연구팀은 ‘이온농도분극(Ion Concentration Polarization)’ 현상을 활용했다. 이온농도분극은 이온 선택성 투과막 양단에 전기장이 가해졌을 때, 이온이 막 양쪽으로 분리되면서 한쪽은 농도가 짙어지고 다른 쪽은 옅어지는 현상을 말한다.

연구팀은 이 기술을 통해 기존 담수화 과정에서는 그대로 소모되던 에너지의 약 8~10%를 돌려받을 수 있는 가능성을 제시했다고 평가하고 있다. 특히 이번에 개발한 장치에서 생성된 수소를 연료전지로 다시 공급하면 에너지 자립형 정수 장치로도 발전할 수 있다는 게 연구팀의 시각이다.

김성재 교수는 “앞으로 이 기술을 소형화·모듈화해 재난 현장이나 우주선과 같은 극한 환경에서도 누구나 손쉽게 물과 에너지를 확보할 수 있는 플랫폼으로 발전시킬 계획”이라고 밝혔다.