화섬정보 9.4

Horizon 2020 프로그램의 일환으로 EU에서 지원하는 프로젝트를 수행하고 있는 과학자들은 탄소섬유와 박테리아를 사용한 해수 담수화를 통해 식수 부족 문제를 해결하고자 노력하고 있음. 탄소섬유를 사용한 해수 담수화는 기존의 역삼투 방식에 비해 비용이 적고, 에너지 효율이 높은 것이 특징임

스페인 Costa Blanca에 있는 항구 도시인 Denia 인근에서 엔지니어들은 최초로 미생물을 사용한 담수화 방식을 채택하는 식수 처리 공장을 건설 중임. 이는 Horizon 2020 프로그램의 일환으로 EU에서 지원하는 이니셔티브인 “적은 양의 에너지를 사용하여 식수를 공급하기 위한 미생물 담수화(MIDES)” 프로젝트의 일부임. 동 프로젝트의 목표는 박테리아와 탄소섬유를 사용하여 기존 담수화 플랜트에 비해 훨씬 적은 양의 에너지로 해수를 처리가 가능하다는 것을 입증하는 것임

탄소섬유는 에너지 전도체로서 식수 처리를 위한 혁신적인 프로세스에 사용됨. 염분이 있는 물은 막대한 압력을 받아 두 개의 탱크 사이에서 멤브레인을 통과하게 됨. 멤브레인은 물에 있는 짠 성분이 통과하는 것을 방지하므로 반대편 탱크에 모아진 물은 깨끗해짐. 한편, 이러한 방식의 단점은 압력을 가하기 위해 에너지가 필요하다는 것임. 현재 1,000리터의 해수를 담수화시키기 위해서는 대략 3킬로와트시(kilowatt-hours)의 에너지가 필요함

SGL Carbon 관계자에 따르면 당사는 탄소섬유를 사용한 신규 담수화 셀(Cell)로 이미 한 단계 앞서 담수화 연구를 진행중이라고 언급함. 기술적 측면에서 신규 프로세스는 전기투석의 원리를 사용하는데 즉, 다른 방식으로 분극된 두 개의 전극은 해수로부터 대부분의 나트륨과 염화물 이온을 추출함. 추출된 이온은 두 개의 멤브레인을 통해 두 개의 분리된 챔버(Chamber)로 이동하게 되며, 원래의 챔버로는 돌아갈 수 없음. 이 과정에서 거의 염분이 없는 물이 중간 챔버에 남게 되는데, 이는 역삼투를 통해 담수화되며, 상당히 적은 에너지가 사용됨

한편, 이러한 전극은 전기 공급이 필요함. 박테리아는 신규 담수화 Cell에 필요한 에너지를 생산함. 즉, 박테리아가 폐수를 먹으면서 전기를 생산함. 한편, 박테리아는 금속으로 만든 전극을 좋아하지 않아 신규 담수화 Cell에 탄소 전극을 사용한 것임. 매우 얇은 두께의 탄소섬유는 박테리아를 위한 지지 구조물을 제공하며, 그들이 생산한 전기는 탄소섬유를 통해 전도됨

동 프로젝트의 파트너인 FCC Aqualia SA의 관계자에 따르면, 이러한 혁신은 기존의 담수화 방식을 완전히 변화시켰는데 즉. 폐수에서 발생된 에너지는 매우 저렴한 비용으로 해수를 식수로 생산할 수 있게 됨. 또한, 이 프로젝트는 전 세계적으로 식수에 대한 분쟁을 해결하고, 빈곤국을 도울 수 있는 매력적인 솔루션임. 그러나 이러한 해수 담수화 방식에 대해 여러가지 측면에 대해 추가적인 연구가 필요한 상황임. 예를 들어, 어떤 박테리아가 어떤 유형의 폐수에 가장 적합한 지 불분명하기 때문임

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 SGL팀과 다른 프로젝트 파트너들은 박테리아를 최적의 상태로 유지시키기 위해 여러 접근법을 연구하고 있음. SGL 관계자에 따르면 박테리아가 정착하기에 완벽한 표면을 제공하기 위해 탄소섬유를 최적화 시키고 있으나 가장 큰 장애물을 해결하기까지 다소 시간이 걸릴 수 있다고 언급함. S