해수 담수화 공장과 연계된 삼투압 발전소

 

(A desalination plant in Fukuoka has been connected to a new kind of osmotic electricity generator. Credit: Fukuoka Area Waterworks)

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해수담수화 설비의 문제점 가운데 하나는 고농도의 염수를 만든다는 것입니다. 바닷물이 본래 짜다곤 해도 더 높은 농도의 소금물이 유입될 경우 해양 생물에 악영향을 미칠 수 있습니다. 따라서 해수 담수화 시설에서는 걸러내거나 증발시키고 남은 염수를 최대한 희석시켜 바다로 배출합니다.

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그런데 사실 고농도의 소금물은 그 자체로 에너지를 지니고 있습니다. 바로 삼투압입니다. 이 압력으로 전력을 생산할 수 있습니다. 높은 농도의 소금물과 민물 혹은 낮은 농도의 소금물을 반투과막으로 분리하면 삼투압 현상에 의해 물에 높은 농도의 소금물로 이동하면서 터빈을 돌리는 것입니다.

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이런 방식을 염도차 발전 혹은 삼투압 발전소 (osmotic power plants)라고 하는데 2009년에 첫번째 프로토타입 발전소가 노르웨이에서 가동에 들어간 바 있습니다. 스타트크라트 (Statkraft)가 만든 4kW급 소형 발전소가 그것인데, 신재생 에너지이면서 24시간 발전이 가능하다는 장점이 있습니다.

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일본 후쿠오카에 건설된 삼투압 발전소는 이보다 큰 규모로 연간 880,000kWh의 전력 생산을 목표로 하고 있습니다. 발전 효율을 높이기 위해서 염분차를 극대화할 수 있게 염수는 해수 담수화 시설에서 얻고 바다로 흘러가는 강에서 민물을 얻어 발전에 사용합니다. 어차피 버릴 고농도 염수를 희석시켜 버릴 수 있고 동시에 전력까지 얻을 수 있으니 나름 일석이조인 셈입니다.

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하지만 이 방식은 사실 그렇게 경제적이진 않습니다. 우선 펌프로 물을 보내는 과정에서 에너지 손실이 일어날 뿐 아니라 반투과막의 비용이 저렴하지 않기 때문입니다. 결국 경제성 측면에서 그렇게 합격점이 아니기 때문에 널리 쓰이지 않는 것이 현실입니다.

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아무튼 그래도 이렇게 시도가 이어지고 있다는 점이 흥미롭습니다. 해수 담수화 플랜트와 연계하고 반투과막의 비용만 절감할 수 있다면 경제성을 확보하는 날도 오지 않을까 생각해 봅니다.

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참고

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https://newatlas.com/energy/electricity-through-osmosis-japan-opens-worlds-second-osmotic/

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https://www.theguardian.com/world/2025/aug/25/japan-osmotic-power-plant-fukuoka