R&D최종보고서
| 과제고유번호 | 201818CTAP-C116746-03 | |||||
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| 연구사업명 | 국토교통기술촉진연구사업 | |||||
| 연구과제명 | 분산형 용수공급을 위한 다층박막광흡수발열소재 이용 막증류 정수처리 기술 개발 | |||||
| 총 연구기간 | 2016-06-28 ~ 2019-10-27 | |||||
| 연구책임자 | 송경근 | |||||
| 당해년도 참여 연구원수 |
9명 | 총 연구기간 참여 연구원수 |
20명 | |||
| 당해년도 연구비 |
정부 : 271,000,000 원 기업 : 90,334,000 원 계 : 361,334,000 원 |
총연구비 | 정부 : 880,000,000 원 기업 : 294,184,000 원 계 : 1,174,184,000 원 |
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| 연구기관명 | 한국과학기술연구원 | |||||
| 등록 발간번호 | - | |||||
| ISBN | - | |||||
| 주요 내용 |
○ 본 연구는 신재생에너지를 이용할 수 있는 열흡수율이 높은 새로운 광흡수발열소재인 다층박막광흡수발열소재를 개발하여 태양광을 열로 전환하여 막증류(Membrane distillation, MD)를 위한 열원으로 사용하는 융햡형 막증류 정수기술 개발을 통하여 현재의 다중수원 분산형 용수공급 시스템에서 분산형 용수공급 시스템으로의 전환이 가능한 프로토타입 막증류 장치 파일럿을 이용한 막증류 정수처리 기술을 개발하는 것이 본 연구의 주요 개요이다. [최종목표] - 열흡수율이 높은 새로운 광흡수발열소재인 다층박막광흡수발열소재를 적용하여 태양광을 열로 전환하여 막증류(MD)를 위한 열원으로 사용하는 융합형 막증류 정수기술을 개발하는 것으로 프로토타입 막증류 장치의 현장 성능평가를 통하여 적용가능성 확보 - 다양한 원수(지표수, 지하수 등)에 적용가능한 고효율의 막증류용 모듈을 설계하고 이를 통하여 1.0m3/d 규모의 프로토타입 막증류 정수처리 시스템에 적용가능한 프로토타입 막증류 스텍(플럭스 : ？T 50℃이하에서 5LMH, AGMD)을 개발 - 다층박막광흡수발열소재 기술을 이용하여 태양열 집열 성능을 향상시키고 막증류 공정에 적합하도록 고안한 태양에너지 흡수체를 개발하고 이를 이용하여 프로토타입 막증류 정수처리 시스템에 적합한 막증류용 고성능 태양에너지 집열기(흡수파장 영역대: 0.2？3μm, 흡수도: 90% 이상, 온도: 집광 시 80℃ 이상)를 개발 - 최종적으로 개발된 막증류용 고성능 태양에너지 집열기 기술 및 프로토타입 막증류 스텍을 결합하여, 1m3/d 규모의의 프로토타입 다층박막광흡수발열소재 이용 막증류 정수처리 시스템의 파일럿 플랜트를 제작하고 실제 환경에서 운전, 성능 평가를 통한 실용화 가능성을 검증 [연구내용 및 범위] 1차년도 : 1) 다양한 원수(하천수, 지하수, 하수처리수 등)를 대상으로 막증류 공정의 기초적인 운전인자인 막의 재질, 온도차, pH, 원수 오염도 특성 등의 운전인자 변화에 따른 플럭스, 오염물질 제거율, 온도손실 등의 막증류 운전 특성을 평가하고, 이를 바탕으로 다양한 원수별 성능목표에 적합한 운전인자 범위를 설정한다. 2) 운전진행에 따른 파울링의 진행 정도 및 특성을 파악하고, 바이오 파울링과 함께 모듈 내의 염 농도 상승에 따른 무기물에 의한 파울링의 진행 특성을 파악하여 장기운전에 따른 파울링 억제 방안을 마련한다. 3) 막증류 공정의 멤브레인 오염도 특성 및 운전시간 경과에 따른 wetting 진행을 모니터링하고 분석한다. 특히 운전인자 변화에 따른 막오염 유발물질 중의 소수성 오염물질의 발생특성을 규명하여 장기운전을 위한 wetting 억제 방안을 마련한다. 4) 막증류를 위한 태양에너지 흡수체를 다중물리 시뮬레이션을 통해 설계한다. 본 연구진이 사용하는 금속/유전체 다층박막의 경우, 막 두께 및 종류가 중요한 파라미터이므로 이를 중점적으로 조사한다. 5) 설정된 흡수체 목표 성능에 적합한 흡수체 시제품 개발을 위하여 복합체의 금속 입자/유전체 소재 선정 및 COMSOL 시뮬레이션을 이용하여 흡수도 결정 인자 파악 및 이를 바탕으로 태양에너지 흡수체 구조 디자인 및 흡수체 시제품을 개발한다. 6) 국내외 기술현황을 분석을 통하여 기술경쟁력을 가지는 상용화기술 성능목표 설정 2 차년도 : 1) 프로토타입 막증류 모듈 제작 및 프로토타입 막증류 모듈 성능 평가 2) 막증류 정수시스템 파일롯 설계에 필요한 막증류용 고성능 태양에너지 집열기 목표성능 설정 3) 설정된 집열기 목표 성능에 적합한 집열기 시제품 개발을 통한 실험실 및 현장 성능 평가 및 개선 4) 개발된 집열기 및 프로토타입 막증류 스텍이 결합된 막증류 정수처리 시스템의 파일럿 플랜트 설계, 제작 및 현장 설치 5) 유입원수내 부유물질 및 탁도제거용 전처리설비 설계 및 제작 6) 프로토타입 막증류 스텍의 설계 도면 작성 및 프로토타입 막증류 스텍의 제작 7) 1차년도에 제작된 태양열 흡수체의 광흡수 결과를 바탕으로 광대역에서 높은 광흡수를 갖는 다층 박막 흡수체 제작 8) 표면 형상 제어를 통한 비반사도 향상 연구 3 차년도 : 1) 파일럿 플랜트의 실제 현장 운전을 수행하여 성능평가 및 적용성 평가를 통한 문제점 및 개선방안 도출 2) 프로토타입 다층박막광흡수발열소재 이용 막증류 정수처리 시스템 파일럿 플랜트 운전을 통한 경제성 분석 및 사업화 기반 구축 3) 태양에너지를 이용한 발열 특성 평가 및 이를 통한 광흡수 특성과의 상관관계 규명을 통해 최적 구조 도출 |
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| 색인어 | 한글 | 막증류 | 광흡수발열소재 | 정수처리 | 태양에너지 | 분산형용수공급 |
| 영문 | Membrane distillation | photothermal conversion material | Water treatment | Solar energy | Distributed water supply | |
| 최종보고서 | 최종보고서_KIST.pdf | |||||