열적 해수담수화 공정 (Thermal Desalination Process)

한 줄 정의: 바닷물을 가열하여 증발시킨 뒤 다시 응축시키는 방식으로 염분을 제거해 담수를 얻는 공정입니다.

열이 고온부에서 저온부로 이동하는 열전달 개념을 나타냅니다.

쉽게 풀면

소금물을 끓이면 물은 수증기가 되어 날아가고 소금은 그대로 남는 원리를 산업 규모로 확장한 것이 열적 해수담수화입니다. 증발한 수증기를 다시 식혀 물방울로 모으면 소금기가 거의 없는 순수한 물을 얻을 수 있습니다. 마치 라면을 끓일 때 뚜껑에 맺히는 물방울이 짜지 않은 것과 비슷한 원리입니다. 다만 산업 공정에서는 에너지를 절약하기 위해 여러 단계에 걸쳐 증발과 응축을 반복하는 정교한 구조를 사용합니다.

왜 중요한가

물이 부족한 지역에서는 바닷물을 식수나 공업용수로 바꾸는 기술이 필수적이며, 열적 방식은 막을 이용하는 방식과 함께 대표적인 해법으로 논문에서 비교 연구됩니다. 발전소의 폐열을 활용해 담수를 생산하는 열병합 방식도 에너지 효율 측면에서 주목받고 있습니다.

논문에서는 이렇게 쓰입니다

"The multi-stage flash thermal desalination process was optimized to reduce specific energy consumption per unit of freshwater produced."

다단플래시 방식의 열적 담수화 공정에서 담수 1단위 생산에 드는 에너지를 줄이도록 최적화했다는 의미입니다.

"Waste heat recovered from the power plant was coupled with a thermal desalination process to improve overall system efficiency."

발전소의 폐열을 회수해 열적 담수화 공정과 결합함으로써 전체 시스템 효율을 높였다는 뜻입니다.

조금 더 깊게 보면

대표적인 방식으로는 압력을 단계적으로 낮춰 여러 번 증발시키는 다단플래시(MSF)와, 낮은 압력에서 여러 겹의 표면을 거쳐 증발과 응축을 반복하는 다중효용증발(MED)이 있습니다. 두 방식 모두 증발에 필요한 열을 재활용하는 것이 에너지 효율의 핵심이며, 이 때문에 단(stage) 수를 늘릴수록 에너지 소비는 줄지만 설비 규모와 비용은 커지는 상충관계가 존재합니다.

주의할 점

열적 방식은 막분리 방식인 역삼투(RO)에 비해 일반적으로 에너지 소비가 크다고 알려져 있지만, 폐열을 활용할 수 있는 환경에서는 경제성이 달라질 수 있어 단순 비교는 주의가 필요합니다.