흡착식 담수화 시스템의 성능에 흡착제 특성이 미치는 영향에 관한 연구

Abstract

흡착식 담수화(adsorption desalination, AD) 시스템은 기존 담수화 기술(다중효용법, 다단증발법, 역삼투법 등)의 단점을 보완할 수 있는 새로운 담수화 기술 중 하나로서, 친환경적이고 에너지 효율이 높은 해수담수화 기술이다. 그리고 AD 시스템은 하나의 저온 열원(80℃ 이하)을 사용하여 두 가지 유용한 효과(담수와 거주 또는 지역냉방을 위한 냉수)를 동시에 생산할 수 있다. 본 연구에서는 AD 시스템의 성능에 실리카겔 기반 상용흡착제(A++, RD2560, NS-10)의 물리적 특성이 미치는 영향에 관한 수치적 연구를 수행하였다. 이를 위해, AD 시스템에 대한 수학적 모델을 수립하였으며, 이를 기반으로 수치해석 모델을 개발하고 기존 실험결과와 비교를 통해 그 타당성을 검증하였다. 먼저, 질소에 대한 흡착제의 흡착등온선을 통해 흡착제의 물리적 특성을 분석하였다. 그리고 AD 시스템의 작동유체인 물에 대한 흡착제의 흡착등온선을 기반으로 수정 흡착등온선 모델(modified empirical isotherm model)을 개발하고, 이를 수치해석에 적용하였다. 개발한 해석모델을 사용하여, AD 시스템의 성능은 단위톤당 일일 담수 생산량(specific daily water production, SDWP), 성능비(performance ratio, PR) 그리고 흡착제 단위톤당 냉방용량(specific cooling capacity, SCC)을 통해 평가하였다. 열원인 온수온도가 증가함에 따라, AD 시스템의 SDWP는 선형적으로 증가하고, 최대 SDWP를 갖는 최적의 사이클 시간은 단축되었다. 그리고 온수 또는 냉수온도가 증가함에 따라, 물에 대한 흡착제의 흡착능(adsorption capacity)은 감소 또는 증가하며, 이로 인해 AD 시스템의 PR과 SCC는 증가하였다.