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)

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.

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.

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.

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.

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.

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

참고

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

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

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