3월 과학기술인상, 국민대 이상호 교수 선정

- 물 부족 위기 극복 위한 차세대 수처리·담수화 기술 개발

과학기술정보통신부(장관 이종호, 이하 ‘과기정통부’)와 한국연구재단(이사장 이광복, 이하 ‘연구재단’)은 이달의 과학기술인상 3월 수상자로 국민대학교 건설시스템공학부 이상호 교수를 선정했다고 지난달 1일 밝혔다.
  ‘이달의 과학기술인상’은 우수한 연구개발 성과로 과학기술 발전에 공헌한 연구개발자를 매월 1명씩 선정하여 과기정통부 장관상과 상금 1천만 원을 수여하는 상이다.
  과기정통부와 연구재단은 기후변화 위기 대응을 위한 수자원 관리의 중요성이 높아지는 가운데, 이상호 교수가 차세대 수처리 및 담수화 기술을 비롯해 스마트 기술을 접목한 선도적인 수자원 기술 개발에 앞장서 물 부족 위기 극복과 수출산업화에 이바지한 성과를 높이 평가했다고 밝혔다.
  차세대 담수화 기술인 막증발 공정은 해수담수화 뿐 아니라 산업폐수 처리에도 활용 가능한 잠재력을 높이 평가받았지만, 막모듈과 공정 설계기술의 부족으로 아직까지 상용화 단계에 진입하지 못한 실정이다.
  이상호 교수 연구팀은 이러한 기술의 한계를 극복하기 위하여 전산유체역학을 이용한 막모듈 해석 및 설계 최적화, 중공사 모듈 기반 막증발 공정 설계기술 개발, 막오염 및 스케일 제거를 위한 전처리 및 물리적 막세정 기술 개발을 추진하였다.
  그 결과 기존 대비 플럭스1)와 에너지 효율을 높이는 모듈 설계기술과 시뮬레이션 기반의 공정설계 최적화 기술을 비롯해 플랜트 유지관리를 위한 핵심기술을 확보하였다. 또한 개발 기술의 실용화를 위해서 300 m3/일 규모의 막증발 실증플랜트를 설계·제작·운영하여, 상용화 기반을 구축하였다. 막증발 기술 관련 연구내용은 국제학술지 담수화(Desalination)에 2020년 9월과 2021년 11월에 게재됐다.
  또한 신개념의 해상이동형 담수화 플랜트(담수화 선박) 개발을 추진해 2022년 2월 하루 300 m3 규모의 세계 최초 자항식2) 담수화 선박 제작에 성공하였다. 2022년 12월과 2023년 1월에는 시범운영을 통해 가뭄에 시달리는 전남 소안도의 주민들에게 깨끗하고 안전한 물을 공급하여 원천기술의 실제 현장 적용과 실증화에 기여하였다.
  더불어 도시 물공급-물순환 연계 융·복합 시스템 구축 기술 개발을 통해 도시 내 물공급 시설과 물관리 시설의 효율적 관리를 위한 핵심기술을 확보함으로써 시민들의 안전하고 편리한 물 이용과 관리비용 10% 절감에 공헌하였다.
  이상호 교수는 “일련의 연구는 기후변화에 의한 물 부족 문제 해결을 위한 새로운 접근방법을 모색하여 혁신적 신기술을 개발하였다는 점에 의의가 있다”며 “후속연구를 통해 국내 수자원·담수화 산업 발전과 수출에 기여하고 국내 도서지역 물 부족 해결에 이바지하겠다”고 계획을 밝혔다.

[주요 연구성과 설명]

<물 부족 위기 극복을 위한 차세대 수처리, 담수화 및 수자원 관리 기술 개발>

<왼쪽부터 전산유체역학 기반 막모듈 최적화, 스케일 형성 메카니즘 규명 , 막증발 담수화 실증 플랜트>

ㅇ 막증발 모듈 및 공정 설계 최적화 기술 개발

막증발 공정은 해수담수화 뿐 아니라 산업폐수 처리에도 모두 사용될 수 있는 잠재력을 갖추고 있지만, 막모듈과 공정 설계 기술의 부족으로 인하여 아직까지 상용화 단계에 진입하지 못하고 있다. 본 연구에서는 이러한 기술적 한계를 극복하기 위하여 1) 전산유체역학을 이용한 막모듈 해석 및 설계 최적화 2) 중공사 모듈 기반 막증발 공정 설계기술 개발 3) 막오염 및 스케일 제거를 위한 전처리 및 물리적 막세정 기술 개발 등이 진행되었다. 그 결과 기존 대비 플럭스와 에너지 효율을 높일 수 있는 모듈 설계기술을 확보하였으며, 시뮬레이션 기반의 공정설계 최적화 기술과 플랜트 유지관리를 위한 핵심기술을 확보하였다. 개발기술의 실용화를 위해서 300 m3/일 규모의 막증발 실증플랜트를 설계·제작·운영하였으며, 막증발 기술의 상용화를 위한 기반을 구축할 수 있었다.

 ㅇ 해상이동형 해수담수화 플랜트 기술 개발

본 연구에서는 기존의 해수담수화 플랜트 기술의 한계를 돌파하는 신개념의 해상이동형 담수화 플랜트(담수화 선박)를 설계·구축·운영하는 기술을 개발하고 있다. 이를 위한 요소기술로서 역삼투 공정의 간헐·가변운전기술, 담수화 장치 경량·소형화 기술, 저흘수 담수화 전용선박 설계기술, 신재생 에너지 연계기술 등이 개발되었다. 본 연구과제의 성과로서 2022년 2월에는 하루 300 m3 규모의 세계 최초 자항식 담수화 선박 제작에 성공하였으며, 2022년 12월과 2023년 1월에는 극심한 가뭄에 시달리는 전남 소안도의 주민들에 직접 물을 공급하는 시범운영을 진행하였다. 본 연구를 통해서 물부족에 시달리고 있는 국내 도서지역 주민들에게 깨끗하고 안전한 물을 공급할 수 있을 뿐 아니라 개발기술을 해외에 수출하여 국내 환경산업의 신성장동력을 창출할 수 있을 것으로 기대된다. 또한 노후화된 국내 도서지역 담수화 시설의 개보수 비용을 절감할 수 있으며, 물 생산단가도 10% 이상 절감할 것으로 예상된다.

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<본 사이트에는 일부 내용이 생략되었습니다. 자세한 내용은 세라믹코리아 2023년 4월호를 참조바랍니다. 정기구독하시면 지난호보기에서 PDF를 다운로드 하실 수 있습니다.>