Denmark is quietly running the world’s first commercial osmotic power plant, pulling clean electricity from brine many times saltier than the sea around the clock — the technology Norway gave up on in 2014
Salt power has always had the best sales pitch in clean energy. Rivers pour into the sea on every coastline on Earth, the salinity gap between fresh water and salt water holds real energy, and unlike a solar panel it does not clock off at sunset. Free fuel, no emissions, runs all night. So it is a little awkward that you have almost certainly never seen one of these plants, and the reason is simple. The ones people actually built barely made any electricity.
https://www.autonocion.com/us/denmark-osmotic-power-plant
덴마크는 세계 최초의 상업용 삼투압 발전소를 조용히 운영하고 있으며, 바닷물보다 훨씬 염도가 높은 염수에서 24시간 내내 청정 전기를 생산하고 있습니다. 이는 노르웨이가 2014년에 포기했던 기술입니다.
소금 발전은 항상 청정 에너지 분야에서 최고의 장점을 내세워 왔습니다. 지구상의 모든 해안선에는 강물이 바다로 흘러 들어가고, 담수와 해수 사이의 염도 차이에는 엄청난 에너지가 저장되어 있으며, 태양광 패널과는 달리 해가 져도 작동을 멈추지 않습니다. 연료도 무료이고, 배출가스도 없으며, 밤새도록 가동됩니다. 그런데도 여러분이 이런 소금 발전소를 본 적이 거의 없다는 사실은 다소 아이러니합니다. 그 이유는 간단합니다. 실제로 사람들이 건설한 소금 발전소들은 전기를 거의 생산하지 못했기 때문입니다.
덴마크의 솔트파워(SaltPower) 라는 회사는 발전량이 적은 이유가 기술 자체의 문제가 아니라 물 때문이라는 결론을 내렸습니다. 강과 바닷물 사이의 약한 염도 차이를 이용해 삼투막에 물을 공급하면 발전량이 매우 적어집니다. 하지만 바닷물보다 염도가 훨씬 높은 산업용 염수를 공급하면 같은 장치에서 제대로 측정 가능한 발전량이 생산됩니다.
바로 그 단 하나의 교체 덕분에 솔트파워는 2023년부터 덴마크의 한 소금 광산에서 자사 멤브레인 공급업체가 세계 최초의 상업용 삼투압 발전소라고 주장하는 시설을 조용히 운영해 왔으며, 강을 이용한 삼투압 발전소를 시도했던 거의 모든 업체는 실패를 거듭했습니다.
노르웨이는 최초의 기를 건설한 후 포기했다.
여기서 교훈이 될 만한 사례는 노르웨이의 대형 국영 전력 회사인 스타트크라프트(Statkraft)의 이야기입니다. 2009년 11월, 스타트크라프트는 오슬로 피오르드의 토프테에 세계 최초의 삼투압 발전소를 개장했고, 당시 왕세자비가 참석해 개장 테이프를 잘랐습니다. 설비는 교과서에서 설명한 대로 완벽하게 작동했습니다. 막의 한쪽에는 소금물, 다른 쪽에는 담수가 있고, 담수가 소금을 밀어내면서 압력이 발생하여 터빈을 회전시키는 방식입니다. 이 과정을 압력 지연 삼투압(Propressure-Retarded Osmosis, PRO)이라고 하며, 기본적으로 담수화 설비를 역으로 가동하여 물을 태워 전기를 생산하는 방식입니다.
이 발전소는 물리적 원리는 입증했지만, 비용 측면에서는 부실하다는 것이 드러났습니다. 토프테 발전소는 약 10킬로와트의 발전 용량을 갖도록 설계되었지만, 실제로는 2~4킬로와트 정도밖에 생산하지 못했습니다. 이는 가정용 가전제품 몇 개를 가동하기에는 충분한 수준이지만, 발전소를 운영할 만큼의 전력을 생산하는 것은 아니었습니다. 멤브레인 소재가 너무 비싸고 효율도 충분하지 않아, 스타트크라프트는 2014년 1월에 프로젝트를 중단했습니다 .
부서 관리자인 스테인 에릭 스킬하겐은 핵심 과제는 "경쟁 기술과 동등한 수준의 에너지 생산 비용을 달성할 만큼 효율적인 기술을 만드는 것"이었다고 말했습니다 . 다시 말해, 생산 비용 대비 효율이 너무 낮았다는 뜻입니다. 스탯크래프트는 이 아이디어를 다음으로 원하는 사람에게 넘겼습니다.
문제는 물리학이 아니었다. 문제는 물이었다.
강에 자라는 식물들은 모두 같은 벽에 부딪혔습니다. 삼투압을 통해 얻을 수 있는 에너지의 양은 염분 차이의 크기에 전적으로 달려 있는데, 강과 바다가 만나는 지점은 그 차이가 작습니다. 바닷물의 염분 농도는 약 3.5%에 불과합니다. 그 정도의 염분 차이로는 식물이 일으킬 수 있는 압력이 거의 없습니다.
이제 소금 농도를 높여 봅시다. 솔트파워(SaltPower)의 엔지니어들은 누구나 댐을 이해하기 때문에 수력 발전 댐을 예로 들어 설명하는 것을 좋아합니다. 염도가 거의 포화된 염수를 이용해 삼투압 발전소를 가동하면 삼투압이 약 400bar에 달합니다. 낙하수로 같은 압력을 얻으려면 약 4km 높이의 댐이 필요합니다. 하지만 아무도 4km 높이의 댐을 짓지는 않을 겁니다. 그러나 이처럼 고농축된 염수는 이미 중공업 현장에 쌓여 있으며, 전력 생산과는 전혀 상관없는 용도로 파이프를 통해 순환되고 있습니다.
이 아이디어는 회사 설립자인 댄포스(Danfoss)의 베테랑 요르겐 마즈 클라우센(Jørgen Mads Clausen)에게서 시작되었습니다. 그는 2015년 쇠네르보르(Sønderborg)의 지열 발전소에서 나오는 물을 시음하고 염도가 약 16%에 달하는 것을 발견한 후 솔트파워(SaltPower)를 설립했습니다. 지열 염수가 그 아이디어의 출발점이었습니다. 이후 상용화된 발전소는 그보다 더 염도가 높은 물을 연료로 사용하게 되었습니다.
소금광산 공장 내부
실제로 가동되는 발전소는 덴마크 북부 마리아게르에 있는 노비안(구 단스크 솔트) 소유의 염전 내에 위치해 있습니다. 이 발전소는 해수나 지열정에서 물을 끌어오는 것이 아니라, 용액 채굴 방식으로 얻은 염수를 연료로 사용합니다. 용액 채굴은 지하 소금 광상에서 소금을 추출하는 일반적인 방법입니다. 담수를 소금층에 주입하면 물이 소금을 녹여 거의 포화 상태의 염수를 만들고, 이 염수를 다시 지표면으로 끌어올려 증발시킨 후 판매합니다. 따라서 염수는 발전소 내에서 계속 순환하고 있으며, 에너지 생산 여부와는 관계가 없습니다.
솔트파워는 삼투압 시스템을 해당 순환 시스템에 설치합니다. 담수와 포화 염수는 일본 기업 토요보(Toyobo) 의 중공사막을 통과하며 만납니다 . 토요보는 1880년대부터 섬유를 생산해 온 기업으로, 섬유 사업에서 얻은 기술을 적용했습니다. 염수는 약 70bar까지 가압되고, 이 가압된 흐름이 터빈을 회전시킨 후 희석된 염수는 다시 동굴로 주입되어 소금을 흡수합니다.
에너지 효율을 유지하기 위해 SaltPower는 창립자가 출신인 Danfoss 사의 압력 교환식 회수 장치와 고압 펌프를 사용합니다. 상용 발전소는 약 100킬로와트의 전력을 생산합니다. 이는 적은 양임에는 틀림없지만, 발전소 자체에서 생산한 전력으로 염전의 염수 처리 작업을 가동하기에는 충분하며, 새벽 2시에 태양광 패널이 할 수 없는 24시간 연속 가동이라는 장점을 누릴 수 있습니다.
이 모든 것이 하루아침에 이루어진 것은 아닙니다. 솔트파워는 2018년과 2019년에 누리온 소금 광산에서 20킬로와트 규모의 시범 발전소를 운영했고, 2021년에는 마리아거 공장에 프로토타입을 설치했으며, 2022년에 걸쳐 전체 설비를 건설한 후 2023년에 가동을 시작했습니다.
Osmotic Power Plant: Enough electricity for 372 Million people
