무방류 가스 하이드레이트 기반 해수 담수화 기술에 대한 연구결과도.(사진=국립창원대 제공)

국립창원대학교는 글로컬첨단과학기술대학 에너지화학공학과 최원중 교수 연구팀이 무방류 가스 하이드레이트 기반 해수 담수화 기술에 대한 연구결과를 국제 저명 학술지인 ‘Crystal Growth & Design(분야 상위 14.5%, JCR rank 5/31)’에 게재했다고 16일 밝혔다.

가스 하이드레이트는 결정 구조 형성 단계에서 염을 배제하고 순수한 물만 반응에 참여하기 때문에, 해수 및 고농도의 염수 부존 환경에서 저온 고압 환경을 유지해 가스 하이드레이트를 형성할 경우 염은 석출해 자원으로 재활용하고, 순수한 물을 분리해 담수를 생산하는 일석이조의 효과를 얻을 수 있다. 아직까지 해당 기술은 기초 물성 파악 및 분리 효율을 검증하는 단계이기 때문에 상용화가 이뤄지지 않았지만, 경제성 및 생산성을 높이기 위해 전 세계에서 활발히 연구되고 있다.

최원중 교수 연구팀은 고온 저압 조건에서 하이드레이트 기반 담수화 기법을 적용하기 위해 냉매 기체로 잘 알려진 HFC-125a 기체를 사용해 가스 하이드레이트를 형성해 담수화 공정의 경제성을 확보했으며, 형성한 가스 하이드레이트 샘플 내 결정화된 염 성분인 NaCl·2H2O 결정 형성 메커니즘이 가스 하이드레이트에 미치는 열역학적 저해 효과와 비정상적인 보존 효과에 미치는 영향을 규명했다. 이를 위해 두 가지 시료 전처리 방법을 사용해 담수화 실험을 수행해 비교했으며, temperature-dependent Powder X-ray Diffraction을 이용해 온도 변화에 따른 결정의 격자 팽창 정도와 구조 해리 메커니즘을 규명했다.

이번 연구는 곽진성 국립창원대 교수, 목정훈 경기대 교수, 서용원 울산과학기술원 교수와의 공동연구를 통해 달성했으며, 해당 연구성과(제목: ‘Effects of Sodium Chloride Dihydrate on the Dissociation Behavior of HFC-125a Hydrates’)는 결정학 분야 국제 저명 학술지인 Crystal Growth & Design에 게재됐다.

최원중 국립창원대 교수는 “현재 부족한 담수를 생산하기 위해 역삼투를 이용한 분리막과 같은 기술을 이용해 활발히 생산하고 있지만, 고농도의 염수를 방출하여 자연환경을 훼손할 수 있다는 본질적 단점이 존재한다”며 “만약 가스 하이드레이트 기반 담수화 공정을 통해 염 결정을 석출해 재활용할 수 있다면, 농축된 염수를 방출하지 않는 무방류 해수 담수화 공정이라는 혁신적인 기술을 개발해 산업화할 수 있을 것”이라고 전했다.

한편 본 연구는 국립창원대 신진교원 연구사업, 한국기초과학지원연구원, 신진연구자 인프라 지원 사업, G-LAMP 사업단(단장 박종규 교수)x개별연구소 공동연구 프로그램, 그리고 경남도 RISE 사업단(단장 조영태 교수) 산학공동 기술개발 연구과제의 지원으로 수행됐다.