우주 밖에서 지구를 찍은 사진 보신적 있나요?
지구는 다른 행성들과는 다르게 파란색과 초록색이 분포하는 아름다운 별인데요, 이렇게 다른 색을 가지고 있는 이유는 생명체가 살 수 있는 대기와 풍부한 물이 존재하기 때문입니다. 그래서 그 어느 곳보다 활기가 넘치는 행성으로 보이는데, 이러한 지구에 한 가지 문제가 있습니다. 바로 물이 부족하다는 것입니다.
이게 무슨 소리이냐고요? 지구의 70%이상이 물로 되어 있는데, 왜 물이 부족하냐고 하는지 모르시겠다고요?
지구의 70%가 물로 되어있는 것은 맞는 사실입니다. 단지 우리가 먹고 마시고 사용할 수 있는 물은 이것의 약 1%도 안 되는 양이라는 것이 문제입니다. 게다가 전 세계적으로 사용 가능한 물이 지역별로 고르게 퍼져있으면 물 부족현상이 줄어 들겠지만 몇몇 국가들을 중심으로 물이 풍부하고 중동이나 북아프리카와 같은 사막지형이 많은 곳은 물 부족이 심각합니다. 게다가 우리나라도 물이 풍부한 나라는 아닙니다. UN에서 정한 기준에 따르면 1인당 연간 사용할 수 있는 물의 양이 1700m3 미만일 경우 물 부족 국가에 해당되는 데요, 우리나라는 이 기준에 따라 리비아 모로코, 이집트, 오만, 키프로스, 남아프리카공화국, 폴란드 등과 함께 물 부족국가로 분류되고 있습니다.
이렇게 평소에 수도꼭지만 틀면 물이 콸콸콸 하면서 잘 나오는 우리나라가 물 부족 국가로 분류되고 있는데요, 평소에 물을 아껴 써야 하는 점 잘 알고 계시죠? 그리고 올해 2013년은 물에 대한 소중함을 일깨우기 위해 UN에서 세계 물의 해로 제정하였습니다.
그래서 오늘 케미칼 A to Z에서는 우리가 마시는 물이 어떻게 정화되는지 그리고 이런 물 부족 현상을 극복할 수 있는 새로운 기술들은 무엇이 있는지 알아보도록 하겠습니다.
아침에 세수를 하고 샤워를 할 때 사용하는 수돗물! 일반적으로 강이나 하천에서 보는 물과는 달리 투명하기도 하고 가끔은 약품 냄새가 나기도 하는데요, 어떻게 우리 가정으로 수돗물이 오는 것일까요?
각 가정에서 사용하는 수돗물은 강이나 하천에서 퍼 올린 물을 이용해 만듭니다. 깨끗한 물을 만들기 위해서 물을 끌어 모으게 되는데, 이곳이 바로 취수장입니다. 이곳에 모아진 물을 침사지로 이동시켜 물에 있는 가라앉기 쉬운 모래와 같은 이물질을 가라앉히게 되고 물의 혼탁함도 어느 정도 사라지게 됩니다. 그렇지만 아주 미세한 물질들은 이곳에서 잘 가라앉지 않습니다. 이렇게 물에 떠다니는 부유물들은 약품을 처리해서 강제적으로 가라앉히게 되는데요, 혼화지에서는 응집제라는 약품을 넣고 물과 잘 섞어주면 미세한 입자들과 만나서 무거운 덩어리가 됩니다. 혼화지를 거쳐서 응집지와 침전지로 이동한 물은 약품과 만나 생긴 덩어리를 침전하여 제거하게 됩니다. 이후에 제거되지 않는 물질은 여과지에서 걸러낸 뒤 염소처리를 통해 살균을 하게 됩니다.
이 때문에 가끔은 물에서 약품 냄새가 나는 경우가 있는데요, 살균을 위해 사용한 염소가 수돗물에 남아있어서 약품냄새가 나는 경우가 있다고 합니다. 정상적인 수돗물이지만 혹시라도 걱정되시면 여름철에는 3~4시간 정도 물을 공기 중에 놓으면 염소가 휘발되어 나아지고 또 끓일 경우는 바로 사라지니 걱정하지 않고 드실 수 있습니다.
이렇게 복잡한 과정을 거쳐서 오는 수돗물! 그러나 이것이 끝이 아니라고 합니다. 우리나라에 경우 공급된 수돗물의 문제가 있는지 확인하기 위해서 250여가지 각종 검사를 통해서 수돗물을 정기적으로 점검한다고 합니다. 우리가 손쉽게 쓰는 수돗물인데요, 알고 보니 상당히 복잡한 과정을 거쳐서 정수가 되고 있네요.
우리나라 수돗물은 엄격한 관리를 통해서 각 가정으로 공급되고 있는데, 이렇게 어렵게 만들어지는 물인데 우리가 너무 쉽게 사용하고 있는 것은 아닐까 생각되네요. 그런데 우리나라는 강과 하천이 많은 지형이라서 이러한 방법으로 물을 얻을 수 있지만, 사막과 같이 물이 귀한 곳에서는 물을 어떻게 얻어야 할까요?
현재는 해수담수화 기술을 통해서 물을 얻고 있습니다. 아프리카와 중동지역 나라들은 강이나 하천이 적은 지형이라서 민물을 얻기가 힘들기 때문에 바닷물에서 소금을 제거하는 방식을 통해서 깨끗한 물을 얻고 있습니다. 이렇게 해수를 담수화시키는 방법에는 여러 가지가 있는데, 대표적인 방식이 바닷물을 끓여서 생기는 증기를 모아 다시 물로 만드는 증발법과 아주 미세한 필터를 이용해서 물만 따로 분리해내는 역삼투법이 있습니다. 증발법은 끓이는 데 필요한 열을 얻기 위해서 많은 비용이 들어가는 단점이 있고, 역삼투법은 현재까지 알려진 방법 중에서는 가장 관리가 쉽고 저렴하지만 이는 상대적인 것이고 아직 개선이 필요한 것으로 알려져 있습니다.
그래서 한 가지 방법이 원자력 발전시설에서 나오는 폐열을 이용하여 해수를 담수화하는 방법이 연구되고 있습니다. 원자력 발전소는 방사능 물질이 붕괴되면서 나오는 열을 이용해서 발전을 하는 방식인데요, 이 때 나오는 엄청난 열을 식히기 위해서 물을 이용하고는 합니다. 이에 착안하여서 이 열을 이용해서 해수를 증발한 뒤 다시 모아서 담수로 만드는 것입니다. 비용적인 측면에서는 기존 원자력 발전시설만 있다고 하면 상당히 저렴한 가격으로 담수를 만들 수 있는 기술이라서 많은 관심을 받고 있습니다. 게다가 원자력에 사용되고 버려지는 폐연료봉을 이용해 수십 년 동안 담수화가 가능해서 골치거리인 폐연료봉도 사용하고 담수도 만드는 일석이조 효과를 낼 수 있습니다.
또 다른 방법으로는 박테리아를 이용하는 방법이 있습니다. 특정 박테리아에 경우 물을 수소와 산소를 만드는 것이 가능한데요, 이를 이용해서 바닷물을 수소와 산소로 변환시키게 됩니다. 이후에 수소를 이용해서 전기를 발생시키는 장치로 알려져 있는 연료전지를 이용할 경우 전기를 생산함과 동시에 부산물로 깨끗한 물이 나오기 때문에 두 마리 토끼를 잡을 수 있다고 합니다. 현재는 기초연구가 진행 중 인데요, 아랍권 국가에서 이러한 연구에 많은 관심을 가지고 있어서 많은 지원을 하고 있다고 합니다.
이렇게 더욱더 좋은 방법으로 해수담수화 기술을 만들기 위해서 많은 노력을 기울이고 있는데요, 여기에는 나노기술도 빠지지 않고 열심히 노력 중이라고 합니다.
앞에서 말한 것처럼 바닷물을 담수로 바꾸는 기술 중에는 역삼투법이라고 하는 방법이 있습니다. 이 방법은 물을 제외한 다른 물질은 통과할 수 없는 미세한 필터를 놓고 압력을 가해서 물만 따로 분리하는 방법인데요, 현재 개발된 방법은 아직도 비용이 많이 들기 때문에 이보다 저렴한 방법을 찾고 있습니다.
그 중의 하나가 미세한 나노입자를 만들어서 필터로 사용하는 방법인데요, 아주 작은 나노입자들을 필터로 사용하여서 우리 몸에는 해로운 중금속이나 오염물을 제거하는 것입니다. 현재 각국에서는 이러한 개념을 이용하여서 다양한 나노물질을 합성하여서 연구를 진행하고 있는데요, 가장 많은 연구가 진행되고 있는 물질이 바로 탄소나노튜브입니다. 우리 한화케미칼에서도 탄소나노튜브에 대해 많은 연구를 하고 이와 관련한 많은 제품을 만들고 있는데, 이렇게 담수화하는 곳에도 쓰일 수 있다니 대단하지 않나요?
이렇게 탄소나노튜브가 해수담수화에 쓰일 수 있는 것은 그 특성 때문인데요, 생물체 내에 존재하는 미세한 필터인 세포처럼 탄소나노튜브는 물을 통과 시킬 수 있는 능력을 가지고 있다고 합니다. 게다가 탄소나노튜브에 화학적으로 조금만 변형 시키면 물 속에 남아있는 이물질을 손쉽게 제거 할 수 있다고 하니 정말 대단하지 않나요? 아직은 많은 연구가 필요한 부분이 많지만 좋은 결과가 나와서 물이 부족한 곳에 풍족한 삶이 되도록 도움을 주었으면 합니다.
지금까지 부족한 물을 얻기 위한 다양한 연구들에 대해서 알아보았는데요, 우리나라도 물 부족 국가중의 하나라는 사실 잊지 않으셨죠? 오늘부터라도 조금씩 물을 아껴 쓰는 생활 습관을 가져서 함부로 자원을 낭비하지 않는 멋진 Dreamer가 되어 보는 것은 어떨까요?
- 참고문헌 –
한화케미칼 http://hcc.hanwha.co.kr
한화케미칼 블로그 http://www.chemidream.com/
K-water(한국수자원공사) http://www.kwater.or.kr/
General Chemistry, Thomson, Whitten, Davis, Peck, Stanley
해수담수화용 일체형원자로 SMART, 지성균
에너지효율적인 해수담수화기술을 위한 나노현상의 이해, 정유성
물 부족, 어떤 기술들이 있을까, 김형근 기자, 사이언스타임즈
http://www.sciencetimes.co.kr/article.do?atidx=0000065190