고대 사원, 해변, 현대적인 쇼핑 지역으로 유명한 해안 도시 후쿠오카에서 일본은 지속 가능한 에너지를 향한 중요한 발걸음을 조용히 내디뎠습니다. 오늘날 신기한 재생 가능 에너지원이 많이 연구되고 있지만 이 에너지원은 확실히 다른 곳보다 눈에 띕니다. 담수와 바닷물이 만나 부산물인 에너지를 포집해 전기를 생산하는 최첨단 시설인 삼투압 발전소가 국내 최초로 가동됐다.
이것이 중요한 이유는 기술의 실행 가능성을 평가하기 위한 소규모 테스트가 아니라는 점입니다. 이는 아시아 최초이자 덴마크에 이어 세계에서 두 번째인 대규모 운영 시설입니다. 일본의 대규모 태양광 발전 및 풍력 발전소와 비교하면 그 용량은 미미할 수 있지만, 이 시스템은 연간 약 880,000kWh의 전력을 생산할 수 있으며, 이는 일본 약 220가구에 전력을 공급하기에 충분합니다. 그러나 첫 번째 임무는 후쿠오카 주민들에게 깨끗한 식수를 제공하는 지역 담수화 플랜트에 전력 공급을 돕는 것입니다.
이런 종류의 발전의 특별한 점은 무엇입니까? 그것의 신뢰성입니다. 강은 바다로 흘러가는 것을 멈추지 않습니다. 이는 삼투압 시스템이 기상 조건에 의존하지 않고 밤낮으로 작동할 수 있음을 의미합니다. 이는 자연이 이미 하고 있는 일을 활용하는 매우 영리한 방법입니다. 그러나 안정적이고 깨끗한 에너지의 신뢰할 수 있는 원천이 되려면 개선이 필요합니다.
삼투가 전력을 생성하는 방법
본질적으로 이 시스템은 자연의 가장 기본적인 과정 중 하나인 식물 뿌리가 토양에서 물을 끌어오는 메커니즘인 삼투를 모방합니다. 식물이 어떻게 작동하는지 이해하려면 서로 다른 두 수역 사이의 기본적인 상호 작용을 이해해야 합니다. 바닷물과 민물이 만나면 당연히 바닷물의 염분 함량이 높아집니다. 염도의 차이는 일종의 압력 교환을 만들어 자연스럽게 서로 균형을 맞추려고 노력합니다. 시간이 지남에 따라 신선한 쪽의 물이 짠 쪽 쪽으로 이동합니다. 엔지니어들이 조력의 움직임을 활용하는 방법을 찾은 것과 유사한 방식으로 여기에서도 물이 한쪽에서 다른쪽으로 이동하는 동일한 작업을 수행했습니다.
후쿠오카 시설에서는 이 공정이 훨씬 더 큰 규모로 설계되었습니다. 담수, 즉 처리된 폐수는 특수 멤브레인의 한쪽에 저장되고 해수는 다른쪽에 저장됩니다. 두 가지가 만나면 담수는 막을 통해 반대편으로 스며들어 염수 쪽의 압력이 증가합니다. 그 압력은 화석 연료를 태우거나 부산물을 낭비할 필요 없이 전기를 생산하는 터빈을 회전시키는 데 사용됩니다.
전체 시스템은 담수화 플랜트에서 남은 농축 염수(농축 염수)를 활용하여 더욱 생산적이 됩니다. 결과는? 염분 농도의 차이가 훨씬 커져서 효율성과 전력이 확실히 향상됩니다. 이는 일을 더욱 효율적으로 만들 뿐만 아니라 시스템을 순환화함으로써 시스템을 더욱 지속 가능하게 만듭니다. 삼투압 시스템은 전기를 담수화 플랜트로 다시 보내어 계속 가동되도록 하고, 플랜트는 염수를 제공합니다.
현재의 과제와 앞으로의 길
과학은 상당히 간단할 수 있지만 삼투 에너지를 실행 가능한 전력원으로 만드는 것은 수년에 걸쳐 많은 장애물에 부딪혔습니다. 유럽의 초기 프로토타입은 과학적 검증을 입증했지만 마찰과 에너지 손실로 인해 심각한 효율성 문제가 발생한다는 사실도 밝혀졌습니다. 두 개의 물 흐름을 시스템으로 펌핑하려면 전력이 필요하며 멤브레인은 운영 비용보다 이득이 더 클 정도로 흐름을 늦출 수 있습니다.
그러나 연구자들은 그 격차를 줄이고 있습니다. 시간이 지남에 따라 태양광 패널이 발전한 것처럼 멤브레인 소재와 저에너지 펌프의 개선으로 효율성이 점차 높아지고 스마트한 시스템 설계로 폐기물이 줄어듭니다. 후쿠오카 프로젝트는 삼투압 시스템과 담수화 플랜트를 결합하여 동일한 루프에서 깨끗한 물과 청정 에너지를 생산하는 여러 과제를 동시에 해결할 수 있는 방법을 보여주는 완벽한 예입니다.
현재로서는 삼투압 발전은 일본의 재생 가능 에너지 그리드에서 작은 부분으로 남겠지만, 장기적인 잠재력은 엄청납니다. 연구에 따르면 삼투압 발전소는 언젠가는 세계 전력의 최대 15%를 공급할 수 있다고 합니다. 기술이 계속 발전한다면 말입니다. 지속 가능한 녹색 에너지를 제공하기 위한 새로운 방법이 필요한 세상에 대한 흥미로운 전망입니다.
