KIGAM 한국지질자원연구원

□ 세계적으로 해수담수화*기술 도입이 크게 늘고 있는 가운데 전량 수입되고 있는 산업분야 핵심소재인 ‘마그네슘’을 친환경적으로 추출하고 발전소에서 나오는 ‘이산화탄소’를 저감하는 동시 처리 기술이 세계 최초로 개발됐다.

*해수담수화(海水淡水化,Desalination) 생활용수나 공업용수로 직접 사용하기 힘든 바닷물로부터 염분을 포함한 용해물질을 제거하여 순도 높은 음용수 및 생활용수, 공업용수 등을 얻어내는 일련의 수처리 과정

**광석에서 마그네슘을 추출하는 일반적인 공정은 광석 채광 시 장비사용, 운반, 제련 등의 과정에서 많은 연료와 전기를 사용하므로 이산화탄소가 다량 배출됨. 또한 많은 산성시약도 사용하게 됨. 반면 농축수에서 추출하는 공정은 가성소다만을 사용하고 이산화탄소를 주입해 pH가 바닷물 수준으로 조절되기에 친환경적임

□ 한국지질자원연구원(원장 김복철, KIGAM) 방준환 박사 연구팀은 해수담수화 과정에서 발생하는 농축폐수(이하 ‘농축수)에서 이산화탄소와의 반응을 통해 마그네슘을 추출하고 탄소 배출량을 획기적으로 감축한 기술(이하 ‘해수담수화 농축수 자원화 및 CO2 동시 처리 기술’)을 개발하는데 성공했다.

 ○ ‘해수담수화 농축수 자원화 및 CO2 동시 처리 기술’은 해수담수화 공정에서 나온 농축수에 알칼리물질과 이산화탄소를 넣어 고체화된 탄산염 광물을 생성시켜, 마그네슘을 추출하고 이산화탄소 발생을 최소화하는 친환경 융합 자원회수기술이다.

□ 우리나라의 해수담수화 농축수 발생은 ‘75,000톤/일’로 추정되고 있으며, 2~3년 내 ‘175,000톤/일’까지 증가할 것으로 예상된다.  담수화 과정에서 바닷물 2톤을 담수 1톤으로 만드는데 사용되는 전기는 약 1.8kg의 이산화탄소를 발생시킨다(그림1-①). 

□ 특히 해수담수화 과정에서 제거된 소금 성분은 모두 농축수에 모이며 기존 해수보다 소금 함유량이 2배 정도 많다. 별도의  과정 없이 농축수를 바다에 내보낼 경우 면역력이 약한 치어(稚魚) 등은 몸속 수분이 빠져나가 죽을 수 있다(그림1-②).

□ 연구팀은 CO2광물화 기술을 적용해 바다에 폐수로 버려지는   농축수에 함유된 마그네슘의 90~99%를 회수하고 이산화탄소의 97%이상을 고체화하는데 성공했다.

 ○ 해수담수화 과정에서 버려지는 농축수에 알칼리물질(가성소다)과 이산화탄소를 첨가하면 이산화탄소가 농축수에 들어있는 칼슘 및 마그네슘과 반응해 고체의 탄산염 광물로 전환된다. 이 과정에서 농축수에 함유된 마그네슘의 90~99%가 추출돼 탄산염 광물로 바뀐다. 농축수에 첨가한 이산화탄소도 97%이상 저감된다(그림1-③).

□ 또한, 연구팀은 마그네슘 추출 이후 남은 농축수의 전기화학  반응을 통해 가성소다와 친환경 자원인 수소, 플라스틱 원료인 염소의 생성을 확인했다(그림1-④). 가성소다는 농축수에 이산화탄소와 함께 첨가하는 물질로 비누 및 제지산업 등에 주원료로 사용되고 있다.  

 ○ 위 과정에서 소금 등의 염분 농도가 낮아져 농축수 방류로   인한 해양생물 피해를 최소화할 수 있다(그림1-⑤). 

 ○ 연구팀은 이번 기술의 적용으로 순도를 높이는 별도의 공정 없이도 마그네슘 탄산염에 함유된 불순물이 2% 미만으로 떨어지는 효과를 확인했다(그림1-⑥). 

□ ‘해수담수화 농축수 자원화 및 CO2 동시 처리 기술’은 폐수로 내보내는 농축수의 CO2광물화를 통해 유가자원인 마그네슘을 회수하고 이산화탄소를 저감하는 친환경 융합 기술이다. 특히 기술 적용 과정에서 산업원료(수소, 염소, 가성소다)의 산출은 물론 농축수의 염분농도를 조절해 해양생물생태계의 보전과 탄소중립 실현에 기여할 수 있는 핵심 기술이라고 할 수 있다.  

□ 연구책임자인 방준환 박사는 “해수담수화 농축수 자원화 및 CO2 동시 처리 기술은 해수담수화 현장에서 나오는 농축수와 이산화탄소 발생이라는 현안을 동시에 해결해주는 연구성과다.”고 말하며, “지속적인 연구와 협업을 통해 기술 상용화는 물론 친환경 에너지 자원개발로의 연구영역 확장을 위해 최선을   다하겠다.”고 밝혔다. 

□ 한국지질자원연구원 김복철 원장은 ”친환경 에너지 자원에서도 ESG경영, 그 중에서도 환경(E)이 가장 중요한 화두다.“고 밝히며, “환경과 해양생태계를 우선 고려한 이번 연구개발 성과를 바탕으로 친환경적인 지질자원분야의 연구성과 창출을 위한 인프라 구축을 위해 지원을 아끼지 않겠다.“고 밝혔다.

□ ‘해수담수화 농축수 자원화 및 CO2 동시 처리 기술’의 주요   연구결과는 ‘CO2 저감을 위한 담수화 농축수의 순차적 탄산염 광물화(Sequential carbonate mineralization of desalination brine for CO2 emission reduction)의 제목으로 세계적 학술지인 Journal of CO2 Utilization(33; IF 5.99)에 발표된 바 있다.