초록 ▼

□ 연구내용
○ 역삼투 처리 범위를 초과하는 고농도 오염조건에서 수자원 확보 및 유용 자원 농축기술 개발 (세계최초시도)
- 에너지 절감형(LNG 냉열 이용) 공정모델 개발 및 경제성분석
- TDS 150,000 mg/L에서 70% 염 제거율 달성 및 6배의 유용자원 농축기술 확보
- 농축수로부터 선택적 유용자원(Boron 등) 회수용 흡착제 개발
※ 해수담수 대표기술로 자리매김하고 있는 기존의 역삼투법(RO)은 염농도가 TDS 50,000 mg/L 이상의 원수에서는 적용이 불가능하기 때문에 이러한 단점을

□ 연구내용
○ 역삼투 처리 범위를 초과하는 고농도 오염조건에서 수자원 확보 및 유용 자원 농축기술 개발 (세계최초시도)
- 에너지 절감형(LNG 냉열 이용) 공정모델 개발 및 경제성분석
- TDS 150,000 mg/L에서 70% 염 제거율 달성 및 6배의 유용자원 농축기술 확보
- 농축수로부터 선택적 유용자원(Boron 등) 회수용 흡착제 개발
※ 해수담수 대표기술로 자리매김하고 있는 기존의 역삼투법(RO)은 염농도가 TDS 50,000 mg/L 이상의 원수에서는 적용이 불가능하기 때문에 이러한 단점을 극복하는 신개념 기술 개발이 절실함

□ 연구개발 성과(정성)
○ 정성적 성과
- LNG 냉열을 이용한 해수담수화 공정 Simulation Model 개발 및 경제성 분석 (에너지 소모량 계산에 의한 Specific Energy = 0.044 kWh/m³ 산출)
- 고농도 염수 (TDS 150,000mg/L)에서 TDS 분석결과 ICP-OES 분석 기준 염제거율 80% 성능 확인 (외부 시험기관 의뢰)
- 가스수화물 결정법을 이용한 B, Mg 등 해수 내 유용자원 농축기술 확보 (ICP-OES 분석결과 원수 농도 대비 유용자원 농축율 6배 확인)
- 비표면적이 넓고 유기물 흡착제와 상호 결합이 용이한 총 3가지 종류의 무기물 기반 지지체 Grapehene oxide 및 MMS, Ti-MOFs 합성 및 개발 완료.
- 희소금속 흡착을 위한 고기능성 유기흡착제 PVA(Poly vinyl-alcohol) Mat (100 nm급) 개발 및 제작
- 보론 흡착 효율을 향상시킨 N-doping GO-co-PVA 유·무기 하이브리드형 나노흡착제 개발 및 제작
- 500 ppm의 보론 용액에서 세계 최고 수준을 상회하는 흡착 성능 3.47 mmol/g 확보 (외부 시험기관 의뢰)

□ 연구개발 성과(정량)
○ 정량적 성과
- SCI 논문 게제 3건 (IF 상위 5% 2건, IF 상위 20% 1건)
- 국내특허출원 2건
- 기술료 1건 (기술이전 50,000 천원)
○ 기술스펙 달성 성과

□ 기술적 우수성
○ 역삼투 처리범위를 초과하는 고농도 해수(TDS 150,000 mg/L)에서 LNG 냉열 및 결정법에 의한 수자원 확보 및 유용자원회수 기술개발
- 역삼투 처리 범위를 초과하는 TDS 150,000 mg/L에서 80% 이상의 염 제거율 달성
- 가스수화물 결정법을 이용한 해수내 유용자원(B, Mg 등) 해수 농도 대비 6배 증가한 농축기술 확보
- LNG냉열을 이용한 에너지 저감형 해수담수화 신공정 및 유용 자원 회수 공정개발
- 보론의 흡착 최적화를 위한 하이브리드형 유·무기 나노흡착제 N-GO@PVA 흡착제 기술 개발
- 개발된 선택적 보론흡착제 g당 3.47mmol의 흡착량 수준 확보
- 해수내 수분안정성을 향상시킨 다기능성 흡착제 합성

□ 성과활용 계획
○ 가스수화물을 이용한 수자원 확보 및 유용자원 회수
- 가스수화물 결정법은 고농도에서도 수처리가 가능하기 때문에 기존의 RO공정의 한계를 뛰어 넘어 획기적으로 물과 자원 농축이 가능하기 때문에 고염해수 처리, 폐수 무방류 시스템 적용, 후쿠시마 원전폐수 처리 등 다양한 산업공정에 적용이 가능하며, 이와 동시에 소금, 마그네슘 등의 자원회수에도 성과 창출 가능

※ 국내 폐수위탁처리업체의 주처리 시설인 증발농축시설은 열교환기 내 스케일 형성, 부식 등으로 인한 고비용, 저효율 문제로 인해 처리수 중 TDS(Total Dissolved Solids) 농도가 30,000 ~ 50,000 mg/L 정도로 매우 높아 후단의 생물반응조 내 미생물에 독성을 유발하여 생물학적 처리가 불가능한 상태이나 가스수화물 결정법 이용 시 고농도 (TDS 100,000 mg/L)에서 수처리가 가능하므로 저비용 고효율의 문제 해결이 가능할 것으로 예상

○ 보론 및 유용자원 회수 (흡착제 개발)
- 농축수 내 유용자원인 보론을 회수하는 흡착제 기술은 해수 내 기타 유용 금속이온 회수에도 적용 가능하며, 또한 방사능 오염수, 특정 산업폐수 등에 포함된 유용자원 회수에도 적용 가능하여 파급효과가 높음.

※ 도금폐수처리에 있어서의 문제점을 검토한 결과, 도금폐수가 각종 중금속이온과 유기혼합물로 되어 있어 약품에 의한 침전법으로는 한계가 있고 제거가 힘든 상황임. 하이브리드형 유·무기 흡착제를 사용할 경우 물에 대한 안정성과 선택적 관능기 도입이 가능하여 제거하고자 하는 물질의 선택적 제거가 가능하며 역으로 폐수 중 Li, In, Co 등 유가자원이 존재할 경우 선택적인 자원 분리 및 농축이 가능할 것으로 사료됨.

○ LNG 냉열을 이용한 에너지 비용 절감 (천연가스 공급 및 담수 생산 가능)
- 기존에는 LNG 1 ton을 기화시키기 위해 약 40 ton의 바닷물을 사용하고 있으며, 본 연구를 통해 개발된 공정을 이용하면 LNG 1 ton으로 약 400kg의 담수 생성이 가능함. 따라서 기존에 버려지던 LNG 냉열을 이용하여 담수 생성이 가능하다는 점에서 활용가치가 매우 높으며, 추가 연구를 통해 실용화 과제로 연계가 가능할 것으로 예상

※ 현대중공업 500mmscfd급 FSRU(부유식 가스 저장·재기화 선박)의 경우, 400톤/hr의 LNG를 해수를 이용해서 기화시키는데, 이때 낭비되는 냉열을 해수담수플랜트와 통합한 신개념 선박 과제를 제안하고 있어, 향후 실용화 연계 가능

(출처 : 기관주요사업 연구 요약서 4p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 2
• 기관주요사업 연구보고서 ... 3
• 기관주요사업 연구 요약서 ... 4
• 목차 ... 8
• 제 1 장 개 요 ... 9
• 제 1 절 연구개발 목표 ... 9
• 제 2 절 연구개발의 필요성 ... 9
• 제 3 절 당해연도 연구개발 범위 ... 15
• 제 2 장 연구수행 내용 및 결과 ... 16
• 제 1 절 연구개발 추진 체계 ... 16
• 제 2 절 당해연도 연구개발 결과 ... 18
• 제 3 절 당해연도 연구개발 결과 ... 34
• 제 3 장 연구성과 활용 시나리오 ... 36
• 제 1 절 연구성과 활용 시나리오 ... 36
• 제 5 장 참고문헌 ... 39
• 끝페이지 ... 43