(An improved membrane (yellow line) dramatically increased the amount of osmotic power harvested from salt gradients, like those found in estuaries where salt water (left tank) meets fresh water (right tank). Credit: Adapted from ACS Energy Letters 2024, DOI: 10.1021/acsenergylett.4c00320)
지구는 인류가 채취할 수 있는 에너지가 넘치는 행성입니다. 다만 인류가 원하는 만큼 저렴한 가격에 대량으로 얻을 수 있는 에너지가 부족할 뿐입니다. 과학자들은 천연적으로 존재하면서 고갈되지 않는 신재생 에너지를 저렴한 가격에 얻기 위해 연구를 계속하고 있습니다.
이런 신재생 에너지 가운데서 우리가 쉽게 눈치채지 못하는 에너지가 바로 삼투압 에너지입니다. 보통 바닷물과 민물의 염도 차이를 이용하기 때문에 염분차 발전이라고도 하는 삼투압 발전은 우리에게 친숙한 삼투압을 이용한 발전 방식입니다.
염분차 발전은 강과 바다만 있으면 어디서든 24시간 발전이 가능해 상업 발전만 가능하다면 오염 물질 없는 전기를 쉽게 얻을 수 있다는 장점이 있습니다.
염분차 발전: https://blog.naver.com/iamkowepo/223242064264
염분차 발전은 삼투압에 따른 압력차를 이용한 방법과 삼투압에 따른 이온의 이동을 바로 전기로 바꾸는 전기 투석 방식으로 나뉩니다. 다만 어느 쪽이든 에너지 밀도가 낮아 상업적인 발전을 하기는 쉽지 않습니다.
저널 ACS Energy Letters 최신호에 발표된 연구에서 동동 예와 싱젠 킨 (Dongdong Ye, Xingzhen Qin)이 이끄는 연구팀은 역삼투 전기 투석 (reverse electrodialysis (RED)) 방식의 염분차 발전 기술을 개선할 수 있는 방법을 연구했습니다.
RED 방식의 염분차 발전 기술은 여러 개의 역삼투막을 이용하기 때문에 소금 배터리 (salt battery) 방식으로 불립니다. 효율을 높이기 위해서는 나트륨 이온은 쉽게 막을 이동하는 한편 막의 전기 저항이 낮아 전자도 쉽게 이동할 수 있어야 합니다.
이 두 가지 성질을 동시에 만족하기는 어렵기 때문에 연구팀은 음전하를 띤 셀룰로오스 하이드로젤 (cellulose hydrogel)을 폴리아닐린 (polyaniline) 막 사이에 끼어 넣는 방식을 개발했습니다. 유기물 폴리머인 폴리아닐린은 전자의 이동을 위한 것이고 셀룰로오스 하이드로젤은 나트륨 이온을 위한 것입니다.
이렇게 만든 염분차 발전막은 단위 면적당 2.34배 많은 전력을 생산했으며 16일 동안 연속으로 벌전이 가능했습니다. 그리고 이런 발전막 20개를 이용하면 전자 계산기나 작은 전등을 킬 수 있는 에너지를 지속적으로 얻을 수 있습니다.
다만 이전보다는 개선되었다고는 해도 여전히 매우 낮은 에너지 밀도와 생산량은 더 많이 개선이 필요한 부분으로 보입니다. 아마도 가까운 미래에 상업화는 쉽지 않아 보입니다.
참고
https://techxplore.com/news/2024-04-salt-battery-harvests-osmotic-energy.html
Decoupled Ionic and Electronic Pathways for Enhanced Osmotic Energy Harvesting, ACS Energy Letters (2024). DOI: 10.1021/acsenergylett.4c00320
댓글
댓글 쓰기