R&D최종보고서
| 과제고유번호 | 201717RDPP-C136106-01 | |||||
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| 연구사업명 | 국토교통연구기획사업 | |||||
| 연구과제명 | 통합대체수자원 확보를 위한 역삼투 기반 압력지연 공정 및 고도 막증발법 해수담수화 플랜트 기술개발 기획 | |||||
| 총 연구기간 | 2017-09-15 ~ 2018-05-14 | |||||
| 연구책임자 | 김승현 | |||||
| 당해년도 참여 연구원수 |
3명 | 총 연구기간 참여 연구원수 |
3명 | |||
| 당해년도 연구비 |
정부 : 96,000,000 원 기업 : 0 원 계 : 96,000,000 원 |
총연구비 | 정부 : 96,000,000 원 기업 : 0 원 계 : 96,000,000 원 |
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| 연구기관명 | (학교)경남대학교산학협력단 | |||||
| 등록 발간번호 | - | |||||
| ISBN | - | |||||
| 주요 내용 |
○ 해수담수화 플랜트(SWRO) 시장은 현재 2016년 현재 약 130억 달러(15조원) 수준이며, 연 평균 10%씩 성장하여 2020년에는 약 19조원에 달할 것으로 전망됨(GWI, 2015). 최근 해수담수화 시장에서 수주경쟁력 확보를 위해 가장 우선 고려해야 할 요소로서 생산 절감을 통한 수익성 제고를 들 수 있으며, 생산단가 중 전력비의 비중이 30% 이상 차지하고 있어, 전 세계적으로 전력비 절감을 위한 기술 개발 경쟁이 치열함 [그림 참조]. ○ 기존 역삼투 기반 해수담수화 기술은 3~4 kWh/㎥의 높은 에너지 소모를 나타내고 있으며, 운영과정에서 다량(원수대비 50~60%)의 농축수 발생함으로 인하여 담수생산량 감소 및 농축수 배출 규제 예정임. ○ 또한 최근에는 중동 걸프만, 미국 캘리포니아 지역 등과 같이 해수담수화 농축수의 해양방류 관련 이슈가 크게 부상되고 있으며. 향후 환경규제가 강화될 것으로 예상됨. ○ 이러한 문제를 해결하기 위하여 새로운 형태의 해수담수화 기술 개발에 대한 요구가 증대되고 있으며, 막증발법은 해수담수화 공정에서 발생하는 농축수를 절감할 수 있는 차세대 기술로서 주목받고 있음. ○ 기존 글로벌 MVP 연구단에서 수행하였던 MD-PRO 과제에서는 막증발 공정에 대한 설계 기술 및 실증파일럿 플랜트를 구축 하였으나, 개발 기술에 대한 검증이 필요하고, 이러한 단계를 거쳐서 국내 해수담수화 기술에 대한 해외 진출 기반 마련이 필요함. ○ 또한, 기존 SWRO 해수담수화 공정 기술 대비 전력비를 획기적으로 절감하고, 해수담수화 농축수의 해양배출 문제를 개선하고 그 운영비용을 절감할 수 있도록 하는 기술을 개발하였음. ○ 즉, 기존 해수담수화 플랜트에서 해양으로 배출되는 농축수와 기존 하수처리장에서 해양 혹은 하천 배출되는 하수처리방류수를 각각 염도차 에너지 발생장치인 PRO시설의 원수로 활용하여, 농도가 다른 두용액간 발생하는 삼투에너지(염도차에너지)를 생산 및 회수하는 고효율 해수담수화 및 염도차에너지 회수 (SWRO-PRO hybrid 공정) 기술을 의미함. [최종목표] ○ 차세대 융·복합 해수담수화 공정인 압력지연삼투 및 막증발 공정의 실증기술을 확보하기 위한 과제 기획 - 세계 최고 수준의 압력지연삼투(PRO, Pressure retarted Osmosis) 및 막증발법(MD, Membrane Distillation) 기술 개발방안 도출 - 해수담수화 전 공정의 전력소비량 2.8kWh/m3 이하 가능한 기술 실증 - 해외 진출을 고려한 설계 및 장치제작 기술 개발방안 도출 - 압력지연삼투 및 막증발 공정을 기존 해수담수화 플랜트에 적용 가능한 공정 최적화 및 저에너지 기술 도출 - 국산 압력지연삼투 및 막증발 공정 막/모듈 부품 및 장치를 이용한 해수담수화 융·복합 공정 장치 및 시스템 최적설계 - 1계열 규모의 실규모 실증 시스템 구축으로 기술력 검증방안 모색 [연구내용 및 범위] <연구내용> ○ (PRO) 단위(요소) 공정의 최적화 및 해외현장 실증 파일럿 플랜트 구축 운영 고도화된 압력지연삼투 기술 개발방안 기획 - 실규모 압력지연삼투 공정 최적화 기술 개발방안 기획 - 해수담수화 역삼투(SWRO) 공정 농축수와 기술담수화 역삼투(BWRO) 공정 농축수로부터 에너지회수를 위한 PRO 공정기술 개발방안 - 막오염 저항성이 높은 PRO 막모듈 개발 방안 - SWRO 및 BWRO 농축수 전처리 공정 및 막세정 조건 최적화 방안 ○ (MD) 현장 실증파일럿 플랜트 구축·운영 고도화 기술 기획 - 막증발공정(200m3/일)과 결합한 해수담수화 실증플랜트 운영 및 유지관리 기술 개발 - 담수생산량 및 수질 상용화 가능 방안 - 막증발법 장치의 소형화, 집적화, 저에너지화 기술 개발 - 기존 에너지원 외에 신재생 에너지를 활용하기 위한 막증발법 공정기술 ○ (사업화) 개발기술의 실증 및 사업화 전략 기획 - 기존 역삼투막 기반 해수담수화 플랜트와 연계하여 전력소비량 2.8kWh/m3 이하 저에너지화 기술 개발 - 기존 역삼투막 기반 해수담수화 플랜트에 기술을 적용하기 위한 국산 플랜트 소재 및 장치의 소형화, 집적화, 저에너지화 설계기술 개발 전략 - 실증을 통한 개발 기술의 조기사업화 전략 - 해외기관과의 국제공동 연구수행 전략 <연구범위> 1) 물리적 범위 ○ (기후변화 대응) 21세기 인구증가 및 도시화, 그리고 기후변화로 인해서 국내외 기후변화로 인하여 수자원을 안정적으로 확보를 위한 해수담수화 기술 필요 ○ (미래 신성장 동력) 차세대 해수담수화기술인 압력지연삼투(Pressure Retarded Osmosis, PRO) 및 막증발법(Membrane Distillation, MD) 공정기술 개발을 통하여 국가경쟁력 제고가 가능한 미래 신성장 동력 확보 및 기술 선도 - 매년 10%이상 증가하는 미래유망 블루골드(blue gold)임 *전 세계 해수담수화 시장은 ‘14년 4조원에서 ’20년 19조원으로 성장 전망 (GWI, 2015) - 국토부 7대 신산업의 핵심과제로 해수담수화 기술개발을 집중 지원하고 있음. ○ (상용화 기반 확보) 기존 연구단 과제를 통하여 세계 선도기술을 확보한 MD/PRO 공정의 실증을 통하여 지속적인 실적(Track record)확보 - 세계 최고의 저에너지 해수담수화 기술 확보 - 세계 최초의 상용화 및 사업화 추진 2) 기술적 범위 ○ (PRO) 단위(요소) 공정의 최적화 및 해외현장 실증 파일럿 플랜트 구축 운영 고도화된 압력지연삼투 기술 개발 - 실규모 압력지연삼투 공정 최적화 기술 개발 - 해수담수화 역삼투(SWRO) 공정 농축수와 기술담수화 역삼투(BWRO) 공정 농축수로부터 에너지회수를 위한 PRO 공정기술 - 막오염 저항성이 높은 PRO 막모듈 개발 - SWRO 및 BWRO 농축수 전처리 공정 및 막세정 조건 최적화 ○ (MD) 현장 실증파일럿 플랜트 구축·운영 고도화 기술 기획 - 막증발공정(200m3/일)과 결합한 해수담수화 실증플랜트 운영 및 유지관리 기술 개발 - 담수생산량 및 수질 상용화 가능 방안 - 막증발법 장치의 소형화, 집적화, 저에너지화 기술 개발 - 기존 에너지원 외에 신재생 에너지를 활용하기 위한 막증발법 공정기술 3) 사업적 범위 ○ (사업화) 개발기술의 실증 및 사업화 전략 기획 - 실증을 통한 개발 기술의 조기사업화 전략 - 기존 역삼투막 기반 해수담수화 플랜트와 연계하여 전력소비량 2.8kWh/m3 이하 저에너지화 기술 개발 - 기존 역삼투막 기반 해수담수화 플랜트에 기술을 적용하기 위한 국산 플랜트 소재 및 장치의 소형화, 집적화, 저에너지화 설계기술 개발 전략 - 해외기관과의 국제공동 연구수행 전략 |
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| 색인어 | 한글 | 대체수자원 | 해수담수화 | 압력지연삼투 | 막증발법 | 실증파일럿 |
| 영문 | Alternative water resources | Desalination | Pressure Retarded Osmosis | Membrane Distillation | Demonstration Pilot | |
| 최종보고서 | 통합대체수자원 확보를 위한 역삼투 기반 압력지연 공정 및 고도 막증발법 해수담수화 플랜트 기술개발 기획 과제 최종 보고서.pdf | |||||