이번 과정에서는 역삼투가 어떻게 작동하는지 그리고 담수화 시스템에서 어떻게 공정을 최적화하여 에너지를 절약할 수 있는지에 대해 자세히 살펴보겠습니다.

그 전에 먼저 정의를 내려야 할 것이 있습니다. 삼투 현상은 균형 상태에 도달할 때까지 액체가 반투과성 장벽을 통과하는 자연스러운 과정입니다. 예를 들어 양쪽 장벽에서 물 입자 양이 동일해질 때까지

담수가 해수에 침투할 수 있습니다. 역삼투는 이 과정을 역순으로 진행하는 담수화 기술입니다. 고압 펌프를 통해 해수를 강제로 멤브레인 사이로 통과시켜 물 입자를 미네탈, 박테리아 및 기타 불순물로부터 분리합니다.

그 결과, 완벽하게 깨끗한 식수를 얻게 됩니다. 역삼투를 달성하기 위해서는 펌프가 삼투압을 극복할 만큼 충분히 강력해야 합니다. 삼투압은 물의 조성에 따라 달라지는 속성이며 삼투를 방지하는 데 필요한 압력의 양을 나타냅니다. 여기에는 많은 에너지가 필요하기 때문에 역삼투는 지금까지 비용이 많은 드는 공정이었습니다.

담수화를 세계 물 부족 문제에 대해 경제적으로 충분히 실현 가능한 솔루션으로 만들려면 역삼투 시스템을 최적화하는 것이 필수적입니다.

이를 위한 가장 효과적인 방법은 멤브레인에서 고압으로 배출되는 농축 브라인의 에너지를 활용하고 이 에너지를 공정에서 재사용하는 것입니다.

두 가지 방법을 살펴보겠습니다.

첫 번째 방법에는 고압 펌프를 지원하기 위한 터빈 구동 펌프를 설치하는 것이 포함됩니다. 터빈 펌프는 전적으로 브라인에 의해 구동되며 추가 에너지를 소비하지 않습니다. 덕분에 주 펌프에 투입되는 전력을 대폭 줄일 수 있으며 에너지 비용을 최대 33% 절감할 수 있습니다.

압력 교환기에서 고압 브라인은 로터를 구동하고, 이로 인해 유입되는 해수의 압력이 대폭 상승합니다. 압력 교환은 터빈과 마찬가지로 기계식이 아니라 유압식이기 때문에 압력 손실은 2%에 불과합니다. 즉, 순수 에너지의 98%로 역삼투 공정을 지원할 수 있습니다. 따라서 고압 펌프의 부하를 크게 덜 수 있습니다.

실제로, 물 회수율이 40%인 시스템에서 압력 교환기는 필요한 에너지의 60%를 제공함으로써 운영 비용을 대폭 절감할 수 있습니다. 작동 위치에 따라 이러한 시스템의 비용 회수 기간은 약 6개월입니다.

이제 정리해 보겠습니다. 해수 역삼투는 지금까지 해수를 식수로 변환하는 고비용 작업이었습니다. 이 공정에서는 삼투압을 극복하기 위해 고압 펌프를 사용하기 때문입니다. 그 과정에서 많은 양의 에너지가 소비됩니다. 고압 리젝트 브라인의 유압 에너지를 터빈 구동 펌프나 압력 교환기 등 에너지 회수 장치의 도움을 받아 재사용할 수 있습니다. 그러면 에너지 소비가 대폭 줄어듭니다. 압력 교환기는 압도적으로 가장 효율적인 방법입니다. 고압 브라인 에너지의 98%를 유입 해수에 전달하며 공정을 구동하는 데 필요한 에너지의 60%까지 회수합니다.