최근 텔레비전을 틀면 날씨에 관련된 이야기를 많이 하는 것 같아요. 몇십 년 만에 찾아온 강추위, 평년과 다른 기온, 갑자기 내린 폭설 등 이상 기온에 대한 뉴스거리가 끊이지 않고 등장하고 있어요. 그런데 이상기후는 비단 우리나라에서만 발생하고 있는 것은 아닌 것 같은데요. 요즘 지구 곳곳에서 이상기후가 많이 나타나는 것 같아요. 특히 작년에는 최악의 가뭄을 겪었었죠?
작년 가뭄은 42년 만의 최악의 가뭄이라고 해요. 작년을 돌아보면 비가 온 날의 기억이 많지 않았던 것 같은데요. 그런데 안타깝게도 올해 또한 가뭄의 피해에서 벗어날 수 없을 것 같다고 해요. 이제는 농사뿐만 아니라 식수마저 위협받고 있는 상황이라고 해요. 이런 물 부족 현상을 해결할 수 있는 방법 중 하나가 바로 해수담수화인데요. 해수담수화 기술이 단순히 물 부족 현상만 해결하는 것이 아니라, 이를 통해 전기도 얻을 수 있다는 사실을 알고 계셨나요? 물 부족 현상도 해결하고 전기도 얻을 수 있는 일석이조 해수담수화 기술에 대해 알아보아요.
목 말라가는 지구 #물 부족!
물은 지구상에 있는 가장 흔한 천연자원으로 인식되고 있고 풍부해 보이지만, 사실 전 세계에는 물 부족으로 고통을 겪는 나라가 많아요. 우리나라만 해도 점차 가뭄이 심해지고 있어 일부 지역에서는 심각한 물 부족 현상을 이미 겪고 있다고 해요. 국제 연합 환경 계획(UNEP)의 환경보고서에 따르면, 전 세계 인구의 1/3이 극심한 물 부족에 시달리고 있다고 하는데요. 2025년에는 전 세계 인구의 2/3 정도가 물 부족 국가에 살게 될 것이라고 해요. 우리 삶의 가장 중요한 물이 부족해진다고 하니 너무 끔찍하지 않나요?
궁금하다! #해수담수화
물은 지구 표면의 약 71%를 차지한다고 해요. 지구 표면의 71%! 그런데 왜 이렇게 물 부족 현상이 일어나는 것일까요? 그 이유는 바로 바닷물! 즉 해수 속에 있는데요. 지구상의 물 중 약 97.2%는 해수예요. 그런데 안타깝게도 해수에는 염분 및 많은 용해물질이 섞여 있다 보니 생활용수 및 마시는 물로는 사용하기 힘들어요. 지구상의 대부분이 해수라 못 사용한다니 너무 안타까운데요. 해수담수화 기술은 이런 해수를 우리 생활에 유용하게 쓸 수 있는 물, 즉 담수로 바꾸어 주는 기술이에요. 해수담수화 왠지 획기적인 기술처럼 들리는데요, 그럼 어떻게 해수를 담수로 바꿔주는 걸까요? 해수담수화의 방법에는 다양한 방식이 있다고 하는데요, 자세히 알아볼까요?
해수담수화의 #종류
해수담수화에는 여러 가지 종류가 있어요. 바로 증류법, 냉동법, 역삼투법, 전기투석법인데요. 각각의 특징에 대해서 자세히 살펴볼까요?
1. 증류법
▲ 증류법의 기본원리(출처: 에듀넷)
증류법은 가장 오래된 담수화 기술이에요. 바닷물을 수증기가 되는 온도 이상으로 가열해서 순수한 물만 증발시키는 방법이에요. 안타깝게도 증류법은 바닷물을 끓일 때 에너지의 소모량이 많다는 단점이 있어요. 증류법에는 다단증발법, 다중효용증발법이 있어요. 다단증발법(MSF, Multi Stage Flash)은 바닷물을 가열시켜 수증기로 만들고, 이를 응축시키는 과정을 반복해서 물을 만드는 방식이에요. 발전소에서 배출하는 열을 이용하여 해수를 가열한 뒤 압력이 다른 여러 단계를 통과시키는 과정을 반복한다고 해요. 그런데 이때 각각의 단은 여러 막힌 벽으로 분리되어 독립적인 온도와 압력으로 되어있는데요. 각각의 단 사이에는 물을 밖으로 흘려보내고 들여보내는 구멍이 있어요. 이 구멍을 통하여 유입되는 뜨거운 바닷물은 각 단계의 온도와 압력보다 약간 높은데, 이 차이 때문에 바닷물이 단계의 온도와 압력에 이를 때까지 증발이 일어난다고 해요. 이때 증발된 수증기는 외부로 흘러나온 뒤 관 내부를 흐르는 차가운 해수를 접하면서 온도가 내려가고, 응축되어 비로소 우리가 사용할 수 있는 담수로 사용할 수 있게 돼요.
다중효용증발법(MEF, Multi Effect Distillation)은 다수의 금속 튜브 안으로 가열된 해수를 통과시키고, 튜브 표면에 해수를 분사해 내부에 흐르는 증기를 응축시켜서 담수를 생산하는 방식이에요. 이 과정에서 금속관 외부의 해수는 뜨거워져서 증기로 변하는데, 이 증기는 다음 관 내부로 들어가서 응축하는 과정을 반복해요. 이때 금속관 외부는 진공상태에서 진행되는데요. 이로 인해 60~70도 정도의 낮은 온도에서도 해수가 쉽게 끓어 오르게 된다고 해요. 따라서 열효율이 높고 크지 않은 규모에서도 산업용수를 생산할 수 있는 장점이 있다고 해요.
2. 냉동법
냉동법은 바닷물이 얼음이 될 때 바닷물에 들어있는 염분은 빠지고 순수한 물만 얼음이 되는 원리를 이용하는 방법이에요. 그런데 이 방법 또한 안타깝게도 단점이 있어요. 우리 모두가 알고 있듯이 바닷물은 어는 점이 낮기 때문에 쉽게 얼지 않아요. 그래서 바닷물을 얼리기에 많은 시간과 비용이 투자된다는 단점이 존재해요. 바로 바닷물이 어는점이 낮기 때문에 바닷물을 얼게 만들기가 어렵다는 점이에요.
3. 역삼투법
▲ 역삼투법(출처: 알오플랜트 https://www.roplant.com)
역삼투법은 상당한 압력을 이용하여 반투막을 통해 물을 높은 농도의 용액으로부터 낮은 농도의 용액으로 보내는 방법이에요. 즉 높은 압력에 의해 해수가 반투막을 통과하여 염분 및 다른 성분을 제거하는 것이죠. 역삼투법은 증류법에 비하면 경제적이지만, 필터 교체 등 유지관리가 곤란하다는 단점이 있다고 해요.
4. 전기투석막법
전기투석막법은 역삼투법과 마찬가지로, 분리막을 이용하여 해수를 담수화시키는 원리인데요. 그러나 역삼투법과는 달리, 전기 에너지를 이용하여 해수담수화 과정을 거친다는 차이점이 있어요. 전기투석막법은 직류에 의해서 용액 중의 이온성 성분을 분리하는 단위조작으로 전류가 흐르는 경로를 수직으로 이온선택투과성의 막을 설치함으로써 구성되는 공정이에요.
전기 생산과 해수담수화를 동시에! #SMART 해수담수화
▲ SMART(출처: 한국원자력연구원 홈페이지)
한국원자력연구원이 전기 생산뿐만 아니라 동시에 바닷물을 끓여 민물로 만드는 해수담수화 기기 ‘SMART’를 개발해냈다고 해요. SMART를 이용하면 기존의 해수담수화를 하는 과정에 비해 훨씬 더 저렴한 비용으로 우리가 마시고 쓸 수 있는 물을 구할 수 있다고 해요. SMART 기기 1개면 매일 인구 10만~100만 명의 도시에 전기와 물을 공급할 수 있다고 해요. SMART는 다양한 활용성뿐만 아니라, 안정성도 많이 고려되었다고 해요. 그래서 기존 원전과 달리 주요 기기들을 원자로 압력용기 안에 설치하여 대형 배관을 제거할 수 있게 되어 배관 파손으로 인한 사고를 원천적으로 차단했다고 하네요.
지금까지 해수담수화에 대해서 알아보았는데요. 어린 시절 수도꼭지만 틀면 언제든 펑펑 나오는 것이 물이라고 생각했는데, 뉴스를 조금만 검색해보면 물이 부족해서 씻는 것은 물론 생계를 유지할 수 없을 정도인 나라를 많이 찾아볼 수 있어요. 그래서 해수담수화 기술의 발전은 우리에게 꼭 필요한 부분인 것 같아요. 최근 많은 국가들이 해수담수화 기술을 이용해서 생활에 활용할 수 있는 물을 생산하고 있는데요. 해수담수화 기술이 빠르게 발전해서 많은 국가들이 물 걱정하지 않는 날이 빨리 왔으면 좋겠네요!
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