(The outlook of future PV farm: not just generating electricity, but also producing fresh water. Credit: Wenbin Wang)
(Heat from a solar panel (upper surface) drives water vapor from seawater channels (dark blue) across porous membranes (orange) into freshwater receiver channels (light blue). Credit: Wenbin Wang 2019)
사우디 아라비아의 킹 압둘라 공대 (King Abdullah University of Science and Technology)의 연구팀이 태양광 패널에서 발생한 폐열을 이용한 해수 담수화 시스템을 개발했습니다. 태양광 패녈의 경우 사막에 대규모로 설치되는 경우가 늘어나고 있는데, 이들 국가에서는 물 역시 부족한 경우가 많습니다. 대부분의 태양광 패널은 열에너지를 많이 흡수하지 않고 오히려 온도가 너무 높으면 효율이 떨어지는 경우도 있기 때문에 열에너지는 따로 흡수해 해수 담수화 등에 사용하려는 시도가 진행 중입니다. 다만 이렇게 회수하는 폐열의 경우 온도가 높지는 않아 증발식 담수화 플랜트에서 사용하기에는 적합하지 않다는 것이 문제입니다.
킹 압둘라 공대의 연구팀은 낮은 온도차에서도 작동할 수 있는 3단계 증발식 담수화 시스템을 개발했습니다. 태양광 패널 아래 있는 첫 번째 공간에 바닷물을 흘려 보낸 후 열에 의해 증발하면 막을 통과한 수증기가 응축해 담수를 얻고 두 번째 세 번째로 남는 열을 통과시켜 역시 같은 과정으로 담수를 얻습니다. 각각의 단계에서 증발하는 물의 양은 많지 않지만, 다단계 시스템을 통해서 최대한 많은 담수를 얻는 구조입니다.
연구팀에 의하면 담수화 시스템을 적용해도 태양광 패널의 효율은 11%로 그대로 유지되었다고 합니다. 효율이 올라가지는 않더라도 유지만 된다면 상업 발전에 적용하는데는 문제가 없지만, 다른 담수화 시스템 대비 비용이 문제가 될 것입니다. 쉽게 말해 경제성이 없다면 아무리 별도 에너지를 사용하지 않더라도 상업화가 쉽지 않다는 것이죠. 에너지와 담수를 동시에 얻는다는 것은 사막 국가에서는 솔깃한 이야기지만, 경제적인 이점도 있을지 궁금합니다.
개인적으로는 태양광 방식보다는 높은 온도의 폐열을 얻을 수 있는 태양열 방식이 더 유리하지 않을까 생각합니다. 다만 이 역시 태양광보다 경제성이 높은 건 아니라서 제한점이 있을 것 같습니다.
참고
Wenbin Wang et al. Simultaneous production of fresh water and electricity via multistage solar photovoltaic membrane distillation, Nature Communications (2019). DOI: 10.1038/s41467-019-10817-6
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