해수 담수화 기술

우리가 살고 있는 지구에는   약 13억8500만㎦ 의 물이 있는데  이 중 바닷물이 지구에 있는 물의 97.5%를 차지하고 우리가 쓰고 마실 수 있는 물은 겨우 2.5%에 불과하답니다.  그래서 과학자들은 바닷물을 식수로 바꾸려는 해수 담수화 기술을 연구하고 있습니다.  

그래픽=진봉기

 

 

이 같은 상황에서 인류가 찾은 대안이 바로 해수 담수화 기술입니다.   해수 담수화는 광대한 수자원인 바닷물의 염분을 제거해 민물로 바꾼다는 뜻이에요. 해수 담수화 기술로 얻은 물은 식수와 생활용수, 공업용수로 사용할 수 있답니다.

 

담수화 기술은 바닷물 가열하고 삼투압 이용

바닷물을  민물로 바꾸는  해수 담수화 기술은 크게 ‘증발법’과 ‘역삼투법’ 두 가지가 있습니다. 

증발법은 인류가 오래전부터 사용해온 방법이에요. 원리는 간단해요. 바닷물을 끓여 수증기가 생기면, 그 수증기를 모아 차가운 관 속으로 통과시켜 담수를 얻는 방식이에요. 뜨거운 수증기는 차가운 관의 벽면과 접촉하면서 열을 잃고 물방울로 변하는데, 이를 모으는 거예요. 증발법은 가열과 냉각만으로 많은 양의 담수를 얻을 수 있다는 장점 때문에 1980년대까지 널리 사용됐어요. 하지만 바닷물을 끓이는 데 에너지가 많이 소모되고, 이때 화석 연료를 많이 사용하므로 환경에 좋지 않은 영향을 미친다는 게 단점이에요. 그래서 최근엔 증발법 이용이 점차 줄어들고 있어요.

 

역삼투법은 물이 농도가 낮은 곳에서 높은 곳으로 이동하는 삼투 현상을 활용해요. 수조에 미세한 구멍이 수없이 뚫린 막을 놓은 다음, 양쪽에 같은 양의 바닷물과 담수를 부으면 바닷물 쪽의 높이가 더 높아져요. 농도가 낮은 담수가 막을 통과해 농도가 높은 바닷물 쪽으로 이동하면서 양쪽의 염분 농도를 맞추기 때문이에요. 이때 발생하는 압력을 삼투압이라 해요.

이 상태에서 높이가 올라간 바닷물 쪽에 삼투압보다 더 강한 압력을 가해 밀어내면, 염분이 없는 물이 다시 담수 쪽으로 이동하는 역삼투 현상이 일어납니다. 이를 모아 순수한 물을 얻는 거죠. 역삼투법은 1990년대 이후 세계 여러 곳에서 이용되고 있는 기술이에요. 사우디아라비아･아랍에미리트･이집트･알제리 등에서는 이미 역삼투법을 이용한 해수 담수화 기술로 많은 양의 물을 얻고 있어요.

 

친환경 담수화 기술도 개발

역삼투법은 증발법에 비해 에너지 소비량이 적지만 여전히 많은 에너지를 필요로 해요. 그리고 고가의 역삼투막 장비를 관리하는 데 많은 비용이 들어간다는 단점도 있어요. 그래서 경제적이면서 친환경 에너지를 사용하는 해수 담수화 기술이 대안으로 등장했어요. 바로 태양열을 이용한 방법이에요.

 

태양열 증발법은 앞서 소개한 증발법과 원리가 같아요. 바닷물을 가열해 나오는 수증기를 모아 담수를 얻는 것입니다. 차이점은 태양열을 이용해 바닷물을 끓인다는 것이죠.

 

문제는 담수화 효율이 낮다는 점이에요. 이 방법은 태양이 없는 밤이나 흐린 날씨엔 이용하기 어렵거든요. 또 햇빛이 강한 날이더라도 증발 장치 표면에 맺힌 수증기가 햇빛을 가려 생각만큼 많은 양의 물을 얻을 수 없었어요.

 

최근엔 이러한 문제를 해결하기 위해 ‘회전형 태양열 증발기’가 개발됐어요. 포스텍의 전상민 교수 연구팀이 개발한 이 장치는 태양열과 바람을 동시에 이용하는 방법인데요. 이 방법은 기존 방식과 달리 원통 모양으로 생긴 회전형 증발기를 이용해요. 이 원통형 증발기는 서서히 회전하면서 주변에 바람을 만드는데요. 공기 흐름으로 인해 수증기는 증발 장치 표면에 맺히지 않아 햇빛이 잘 흡수됩니다. 

 

연구팀에 따르면 회전형 증발기는 기존 증발기보다 바닷물 증발 속도가 17% 빨랐고, 담수 생산량도 76%나 늘어났대요. 이 기술이 상용화되면 더 적은 에너지로 바닷물을 담수로 바꾸는 시스템을 만들 수 있을 것으로 기대됩니다.

 

2025년 2월 25일 조선일보  신문은 선생님  기사