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21세기의 생명수 바닷물 담수화 기술

  • 2013.12.30.
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우리나라는 덴마크, 남아프리카, 레바논, 체코에 이어 ‘물 부족국가 5위’를 차지하고 있습니다.
지형상 산과 밭이 발달한 대신 물 자원은 풍족하지 못하기 때문입니다. ‘물 부족국가’란 국제인구행동연구소(PAI)에서 전 세계 국가들을 대상으로 물이 부족하다고 분류된 나라입니다. 분류의 기준은 강우 유출량을 인구수로 나누어 1인당 물 사용 가능량이 1,000㎥ 미만이면 물 기근국가, 1,000~1,700㎥ 미만은 물 부족국가, 1,700㎥ 이상은 물 풍요국가로 나뉩니다. 우리나라는 물 기근국가는 아니지만 남아프리카공화국이나 아이티와 같이 ‘물 부족국가’에 속합니다.

얼마 전 헝가리 부다페스트에서 열린 ‘물 정상회의(Water Summit)’에서 반기문 유엔 사무총장은 2030년이면 세계 인구의 절반이 물 부족 문제를 직면하게 될 것이라 말하기도 했습니다. 그런데 우리와 같은 물 부족국가나 물 기근국가에게도 희망이 생겼습니다. 바로 바닷물의 염분을 제거해 일반 물처럼 사용할 수 있는 ‘바닷물 담수화 기술’ 덕분입니다.

21세기의 연금술이라고도 불리는 ‘바닷물 담수화 기술’에 대해 알아보겠습니다.

 

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바닷물 담수화(淡水化)란 바닷물에 들어있는 염분용해물질을 제거해 순도 높은 음용수, 생활용수, 공업용수 등을 얻어내는 수처리기술을 말합니다. 바닷물은 순수한 물 96.5%와 3.5%의 염분 및 기타 용해물질로 이루어져 있는데, 바닷물 담수화는 바로 이 3~4%에 해당하는 염분을 제거해 바닷물을 일반 물과 같이 사용하게 해주는 과정입니다.

물이 부족한 중동 지역에서 담수화 플랜트를 가동해 얻는 물의 양은 하루 약 10만 톤에 달합니다.
지난 2009년 두산중공업이 사우디아라비아 쇼아이바에 건설한 해수 담수화 플랜트는 하루 약 88만 톤의 맑은 물을 생산해 약 290만 명에게 매일 공급하고 있습니다.

 

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담수화 기술은 열을 가해 소금기를 빼내는 전통방식, 바닷물을 증발시키는 다단증발법(MSF), 발전소의 배열이나 보일러를 활용해 고열증기가 통과하는 튜브에 해수를 분사해 수증기를 만들고 응축시키는 다단효용방식(MED), 나노 격자로 염분과 물을 분리해내는 역삼투압법의 네 가지가 있습니다.

이중 가장 많이 사용되는 방법은 다단증발법역삼투압법입니다.
다단증발법은 1970년대 이후 중동의 해수담수화 플랜트에서 많이 사용하고 있는 방법으로, 순간적으로 증기를 방출하는 플래싱 현상을 이용해 해수를 증기로 만든 뒤 이를 응축시켜 담수를 생산하는 기술입니다. 이 증발법은 여러 단계에서 순차적으로 해수를 증발, 응축시키기 때문에 대용량화가 가능하다는 장점이 있으나, 증발을 위해 물을 끓이는 과정에서 많은 에너지를 소모한다는 단점이 있습니다. 때문에 다단증발법은 에너지 가격이 저렴한 중동지역에서 집중적으로 사용되고 있습니다.

 

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최근 담수화 기술 중 비중이 커지고 있는 것은 역삼투압법입니다.
역삼투압법대기의 압력과 나노격자로 바닷물의 염분을 분리해내는 기술입니다.

소금 분자는 3.7nm 크기로, 물 분자의 0.2nm 보다 약 18.5배가 큽니다. 따라서 소금 분자보다 작은 1nm 구멍 크기의 나노격자를 이용하면 소금과 물을 쉽게 분리할 수 있습니다. 역삼투압법에 따른 담수화 플랜트는 수십 만 톤의 물을 담을 수 있는 물탱크 안에서 이루어지는데, 중간에 칸막이를 설치해 탱크 공간을 둘로 나눠 윗칸에 바닷물을 넣고, 탱크 안에 60~70기압의 압력을 가해 소금 분자를 제외한 물 분자만 통과시키는 방식입니다.

전문가에 의하면 역삼투압법 담수화 기술은 고농도의 바닷물을 저농도의 민물로 만드는 기술로, 마치 옛날 어머니들이 체로 쌀과 돌멩이를 분리해내는 것과 같은 이치라고 합니다. 이 방식은 6개월마다 나노격자 사이에 낀 염분만 제거해주면 3~5년까지 재사용이 가능하다고 합니다.

 

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1차적으로 담수화 과정을 거친 담수는 주로 공업용수나 농업용수로 사용됩니다.
특히 역삼투압법으로 얻은 담수는 증류수에 가깝기 때문에 여기에 미네랄을 추가해 식수로 만든다고 합니다.

현재 두산중공업이 부산 기장군 기장읍 대변리에 지은 해수 담수화 플랜트는 올해 말까지 시험 가동을 마친 뒤, 2014년부터는 2만3,000 톤의 바닷물을 식수를 만들어 공급할 예정이라고 합니다. 또한 우리나라 한국에너지기술연구원에서는 세계 최초로 고농도의 해수담수화에 활용 가능한 ‘FCDi 기술’을 개발해 해수담수화 연구를 주도적으로 진행하고 있기도 합니다.

머지않아 바닷물 담수화 기술로 바로 마실 수 있는 식수를 만들 수 있다니,
이제 물 빈국과 물 부족국들이 없어지는 것은 시간문제인 것 같습니다.

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코멘트(2)

  • 이그늘 3 년 전에

    2015 대구경북 세계물포럼 공식 블루로드 서포터즈로 이번 달에 담수화에 관한 포스팅을 하려는데 본 블로그 기사가 유익하여 공유합니다!
    제 포스팅에 한수원 블로그 공식 링크와 본 기사 링크 걸어두도록 하겠습니다:)

    감사합니다.

    • 운영자

      운영자 3 년 전에

      네. 이그놀님 공유 감사드립니다.^^

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