1. Title & Journal
?    Title
The Future of Seawater Desalination: Energy, Technology, and the Environment
?    Corresponding authors
? Menachem Elimelech

2. Summary
리뷰 논문으로써 해수담수화에 대해 에너지, 기술, 환경적인 측면에서 미래 기술 발전방향에 관해 기술하고 있습니다. 

?    에너지 효율 측면
최근, 새로운 멤브레인을 사용한 제어 가능한 파일럿 시스템에서 1.8kW/m3의 비용으로 운전이 가능하다는 내용이 보고되었습니다. 이론적으로 해수담수화에 요구되는 최소 에너지는 이를 가역적인 열역학 공정이라고 했을 때 다음과 같이 표현할 수 있습니다. 
 
예를 들어 35000ppm의 해수에 대해 50% recovery을 가정했을 때 이론적인 최소 에너지 요구량은 1.06kW/m3입니다. 하지만 실제 플랜트는 사이즈에 제한이 있고 가역적인 열역학 공정이 이루어지지 않기 때문에 더 많은 에너지가 필요하게 됩니다. 
아래와 같이 thermodynamic limit에서 운전되는 시스템을 제안할 수 있습니다. 가해지는 압력이 concentrate의 삼투압과 같도록 해주며 이를 그림 B와 같이 staged-design 형태로 해주면 에너지 절감이 가능해질 수 있습니다.
 

?    기술 측면
멤브레인의 경우 그 동안 많은 기술발전이 이루어진 것은 사실이나 bio-fouling 문제, PA 계열 멤브레인의 내화학성 문제, hollow-fiber packing 기술 부재 등의 단점이 여전히 존재하고 있기 때문에 추후에 에너지 저감이 가능한 멤브레인 개발이 이루어질 수 있을지는 미지수입니다. 최근에는 ultrahigh-permeability 멤브레인이 각광을 받고 있습니다. Aquaporin과 nono-tube가 있는데 현재로서는 carbon nanotube가 가능성이 더 높은 것으로 파악되고 있습니다. 하지만 수투과도가 높은 대신 그에 상응하는 solute rejection 효율을 얻기 위한 연구가 필요하며 flux가 높을수록 fouling 현상도 심화되므로 이러한 멤브레인 개발이 에너지 절감에 미치는 효과는 작을 것으로 보입니다. 따라서 고성능, 파울링 저항이 높은 멤브레인을 개발하기 위해서는 molecular model을 이용하여 멤브레인 표면에 관한 연구가 필요할 것입니다. 

?    환경 측면
해수담수화 공정에 대한 환경적인 영향 평가는 아직 연구가 많이 부족한 실정입니다. Concentrate가 해수 생태계에 미치는 영향이 장기적으로 파악된 실험 결과가 아직 없습니다. 또한 전처리 및 후처리 공정에서 사용되는 화학약품 등에 대해서도 그 사용량을 저감할 수 있는 기술이 필요합니다.

3. Originality & Application
해수담수화 공정의 미래 기술 방향을 파악하고 이를 관련 연구에 적용할 필요가 있어 보입니다. 멤브레인 파울링 관련해서 molecular model을 이용하여 멤브레인 표면 구조와 물리화학적 특성과의 관계, 멤브레인 성능을 연구할 필요가 있는 내용을 언급한 것으로 보아 molecular dynamics 연구가 효용성 있을 것으로 판단됩니다. 또한 에너지 측면에서 필요한 최소에너지를 열역학적인 측면에서 접근한 것도 흥미로워 보입니다.

4. Reviewer contact: 이지정(leejj@gist.ac.kr)