국립창원대, 경기대, 울산과학기술원 공동 연구팀, 해수 담수화 연구결과 국제 저명 학술지 게재···"가스 하이드레이트 기반 차세대 담수화 기술 산업화 노력"
국립창원대학교(총장 박민원)는 글로컬첨단과학기술대학 에너지화학공학과 최원중 교수 연구팀이 무방류 가스 하이드레이트 기반 해수 담수화 기술에 대한 연구결과<사진>를 국제 저명 학술지인 'Crystal Growth ＆ Design(분야 상위 14.5%, JCR rank 5/31)'에 게재했다고 16일 밝혔다.
가스 하이드레이트는 결정 구조 형성 단계에서 염을 배제하고 순수한 물만 반응에 참여하기 때문에, 해수 및 고농도의 염수 부존 환경에서 저온 고압 환경을 유지하여 가스 하이드레이트를 형성할 경우 염은 석출하여 자원으로 재활용하고, 순수한 물을 분리해 담수를 생산하는 일석이조의 효과를 얻을 수 있다. 아직까지 해당 기술은 기초 물성 파악 및 분리 효율을 검증하는 단계이기 때문에 상용화가 이루어지지 않았지만, 경제성 및 생산성을 높이기 위해 전 세계에서 활발히 연구되고 있다.
최원중 교수 연구팀은 고온 저압 조건에서 하이드레이트 기반 담수화 기법을 적용하기 위해 냉매 기체로 잘 알려진 HFC-125a 기체를 사용해 가스 하이드레이트를 형성하여 담수화 공정의 경제성을 확보하였으며, 형성한 가스 하이드레이트 샘플 내 결정화된 염 성분인 NaCl·2H2O 결정 형성 메커니즘이 가스 하이드레이트에 미치는 열역학적 저해 효과와 비정상적인 보존 효과에 미치는 영향을 규명하였다. 이를 위해 두 가지 시료 전처리 방법을 사용하여 담수화 실험을 수행하여 비교하였으며, temperature-dependent Powder X-ray Diffraction을 이용해 온도 변화에 따른 결정의 격자 팽창 정도와 구조 해리 메커니즘을 규명하였다.
이번 연구는 국립창원대학교 곽진성 교수, 경기대학교 목정훈 교수, 울산과학기술원의 서용원 교수와의 공동연구를 통해 달성하였으며, 해당 연구성과(제목: 'Effects of Sodium Chloride Dihydrate on the Dissociation Behavior of HFC-125a Hydrates')는 결정학 분야 국제 저명 학술지인 Crystal Growth ＆ Design에 게재됐다.
국립창원대 최원중 교수는 "현재 부족한 담수를 생산하기 위해 역삼투를 이용한 분리막과 같은 기술을 이용해 활발히 생산하고 있지만, 고농도의 염수를 방출하여 자연환경을 훼손할 수 있다는 본질적 단점이 존재한다."라며 "만약 가스 하이드레이트 기반 담수화 공정을 통해 염 결정을 석출하여 재활용할 수 있다면, 농축된 염수를 방출하지 않는 무방류 해수 담수화 공정이라는 혁신적인 기술을 개발하여 산업화할 수 있을 것"이라고 전했다.
한편, 본 연구는 국립창원대 신진교원 연구사업, 한국기초과학지원연구원, 신진연구자 인프라 지원 사업, G-LAMP 사업단(단장 박종규 교수)x개별연구소 공동연구 프로그램, 그리고 경상남도 RISE 사업단(단장 조영태 교수) 산학공동 기술개발 연구과제의 지원으로 수행되었다.
*'Crystal Growth ＆ Design' 논문 게재 사이트 바로가기= https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acs.cgd.5c01244
