화학공학소재연구정보센터
신진연구자인터뷰는 화공및 소재분야의 세계적인 과학 학술지에 논문을 게재한 한국인 연구자들의 연구성과와 연구자 정보를 여러 연구자와 기관 등에 소개하고자 기획되었습니다. 대상은 주로 대학원 석사이상의 최근 5년이내 관련분야의 대표 학술지나 학술대회에 논문을 투고한 사람입니다.
해수담수화 및 결정화 공정에서 공정시스템 접근법을 활용한 공정 설계, 타당성 평가 및 최적화
박기호(Kiho Park)(고려대학교 건축사회환경공학과 물환경플랜트공학연구실)
kiho138@korea.ac.kr
1. 현재 수행 중이거나 최근에 수행한 본인의 연구에 대해 소개를 부탁드립니다.

해수담수화는 물 부족 현상을 극복할 수 있는 궁극적인 해결책이기 때문에 물 부족 현상이 심한 국가에서는 이에 대한 중요성을 크게 느끼고 계속해서 플랜트 건설을 진행중에 있습니다. 다만 에너지 소모량이 여전히 심하기 때문에 이를 줄이기 위한 연구가 각지에서 진행되고 있습니다. 저는 이러한 목적을 두고 공정 모델링 및 시뮬레이션을 통해서 새로운 해수담수화 공정을 개발하고 이에 대한 비용 및 에너지 측면에서의 타당성 평가를 수행해왔습니다. 개발된 모델의 파라미터를 얻기 위해 랩스케일에서 실험도 수행하고 구해진 파라미터를 활용해서 full-scale operation을 가정하고 optimization을 수행했습니다. 현재는 이렇게 개발된 새로운 공정의 적용 범위를 확장시키고 모델의 정확성을 향상시키기 위한 작업을 진행하고 있습니다.

2. 연구를 수행할 때 가장 어려웠던 점은 무엇이었는지, 그리고 이를 어떻게 해결하셨는지 말씀해 주세요.

비용 타당성 평가를 수행할 때는 적절한 비용 계산식을 도입해야 하는데 이 계산식이 잘 알려져 있는 경우에는 상관이 없지만 새롭게 제안하는 공정의 경우 이 계산식이 제대로 알려져 있지 않거나 제가 다른 문헌들을 통해서 직접 만들어야 하는 경우가 있습니다. 이럴 경우에는 그 신뢰도의 문제가 제기될 수 있기 때문에 이를 신뢰 가능한 형태로 만드는 작업이 가장 난해했습니다. 하지만 최대한 reference들을 확보해서 타당한 비용 분석 논리를 만드는 작업에 집중했고 가정들이 몇 개 포함이 되어있긴 하지만 그 가정 하에서 비용 비교는 충분히 타당하다는 결론을 끌어낼 수 있었습니다.

3. 연구를 수행하면서 느끼신 점이나 보람이 있었다면?

제가 제안한 공정이 실제로 더 낮은 에너지 및 비용을 갖는 새로운 해수담수화 공정이 될 가능성을 확인했을 때 가장 큰 보람을 느꼈습니다. 향후 이를 더욱 발전시켜서 현재 대세인 역삼투식 해수담수화를 대체할 수 있는 새로운 해수담수화로 적용되는 모습을 보는 것이 가장 큰 목표이고 이를 위해 다양한 분야의 사람들과 코웍을 진행할 필요성을 느꼈습니다.
다시 말하면, 나의 연구가 잘못된 방향이여서 다른 연구에 방해가 되진 않을까? 입니다. 이것이 연구자로써 꼭 가져야 하는 마음가짐이라 생각하지만 현실에선 개인적인 성과면에서 방해를 하는 것은 분명합니다. 어느 정도 절충하는 것이 필요할 것입니다.
보람을 느꼈던 적은 내 일로 내 자신을 포함한 누군가가 즐거웠던 순간입니다. 끊임없이 찾아오는 고민의 순간들을 해결했거나 누군가의 문제를 해결해 주었던 일상적인 시간들입니다.

4. 연구를 수행했던 소속기관과 지도교수에 대해 소개를 부탁드립니다.

저는 고려대학교 공정시스템연구실에서 양대륙 교수님의 지도를 받아 연구를 수행하였습니다. 저희 연구실은 해수담수화와 결정화를 주요 연구 테마로 삼아왔고 지금까지 이 두 분야에 대해 다양한 공정 모델링 및 최적화에 대한 연구를 진행해왔습니다. 연구실은 양대륙 교수님께서 고려대학교에 오픈한 지 약 24년째이고 공정시스템 분야의 발전에 기여하기 위해 꾸준히 연구를 해왔습니다. 양대륙 교수님은 전문연구정보중앙센터의 센터장님이시고 지금까지 쭉 공정시스템 분야에서 다양한 연구를 진행 해오셨습니다. 그런 지도교수님 밑에서 저는 연구에 대한 기본 마인드를 충실하게 배울 수 있었고 향후 제가 한 사람의 독립적인 연구자로서 나아갈 수 있는 초석을 다지는데 큰 도움을 주셨습니다.

5. 이 분야로 진학하려거나 유학을 준비 중인 후배들에게 도움이 될 만한 말씀을 해 주신다면?

해수담수화는 국내에서는 그 중요성이 크지 않지만 해외에서는 계속해서 중요성이 증가하고 있습니다. 그래서 이러한 해수담수화에 대한 연구를 수행하고자 하는 분이라면 유럽 쪽으로 시야를 돌려서 연구 그룹을 찾고 그 곳에서 본인만의 길을 개척하시면 보다 넓은 길이 있을 것으로 보입니다. 그리고 규모가 큰 프로세스이기 때문에 혼자만의 연구보다는 다른 전문성을 갖고 있는 그룹들 하고 최대한 연계해서 연구의 폭을 향상시키기를 바랍니다.

6. 연구 활동과 관련하여 앞으로의 계획이 있다면 소개해 주세요.

단기적으로는 현재 진행하고 있는 연구 방향을 바탕으로 해서 제가 제안하는 공정들(DSARO, PRMD, FO-Crystallization-RO)의 이론적, 실험적 타당성 평가와 이러한 내용을 바탕으로 scale-up을 수행했을 때, 예상되는 성능의 변화를 확인하고 현재 가장 널리 쓰이는 해수담수화 공정인 reverse osmosis와 비교를 수행함으로써 최종적인 공정 분석 및 평가 작업을 마무리 지으려고 합니다. 위의 일련의 작업들을 통해 제가 제안한 공정이 실제적으로 에너지 및 비용적인 측면에서 가능성이 높은 공정이라는 점이 확인된다면 이를 프로젝트화 해서 새로운 해수담수화 시스템을 구축하는데 필요한 원천 기술을 확보하는 작업을 수행하고자 합니다. 앞으로도 물 부족 현상은 전 세계적으로 심화될 것이라 예상되고 있고 또한 해외에서 이러한 저에너지, 저비용 해수담수화 기술의 수요가 계속해서 증가하는 추세이기 때문에 이러한 연구는 앞으로도 큰 의미를 가질 것이라고 생각합니다.

7. 본인의 주요논문을 소개해 주세요.

  1. Feasibility study of a forward osmosis/crystallization/reverse osmosis hybrid process with high-temperature operation: Modeling, experiments, and energy consumption, J. Memb. Sci. 555 (2018) 206-219
  2. Theoretical analysis of pressure retarded membrane distillation (PRMD) process for simultaneous production of water and electricity, Ind. Eng. Chem. Res. 56 (2017) 14888-14901
  3. Cost-based feasibility study and sensitivity analysis of a new draw solution assisted reverse osmosis (DSARO) process for seawater desalination, Desalination 422 (2017) 182-193.
  4. Operating Strategy for Continuous Multistage Mixed Suspension and Mixed Product Removal (MSMPR) Crystallization Processes Depending on Crystallization Kinetic Parameters, Ind. Eng. Chem. Res. 55 (2016) 7142-7153