미래산업의 블루 골드, 물 부족 해결을 위한 정수화 기술

물은 언뜻 보면 풍부한 천연자원으로 보이지만, 현재 전 세계 인구의 1/3이 극심한 물 부족에 시달린다고 합니다. 국제 연합 환경 계획(UNEP)의 《환경 보고서》에 따르면, 전 세계 인구의 2/3 정도가 물 부족 국가에 살게 될 것이라는 전망도 내비쳤는데요. 이처럼, 세계적인 물 부족. 과학적으로 해결할 수 있는 방법이 없을까요?

1. 목말라가는 지구, 심각한 물 부족 사태

물 부족이라고 하면 오랜 가뭄으로 고통받는 아프리카 사람들의 모습이 떠오르는데요. 아프리카에서는 해마다 수많은 사람이 물 부족과 오염된 식수로 병들고 죽어간다고 합니다. 그래서 물을 확보하기 위해 목숨을 걸고 싸우는 사람들도 있죠. 그런데 이러한 물 부족 사태가 비단 아프리카에서만 벌어지는 것은 아닙니다. 이미 전 세계는 극심한 물 부족에 시달리고 있고 머지않아 전 세계 인구의 2/3 정도가 물 부족 국가에서 살게 될 것이라는 전문가의 분석이 있습니다.

 

물은 지구 표면의 2/3를 차지할 정도로 풍부하지만, 약 97.5%를 차지하는 바닷물은 짜서 사람들이 이용할 수가 없습니다. 사람이 생활하는 데 필요한 물의 양은 전체 물의 2.5%밖에 되지 않죠. 그런데 그중에서도 만년설이나 북극에 있는 빙하처럼 쉽게 사용할 수 없는 물이 많아서 사람이 실제로 쓸 수 있는 물의 양은 아주 적답니다. 

게다가 환경오염 등으로 물의 오염도가 높아 물 부족 사태는 더욱 심각한데요. 그렇다면 이런 바닷물을 우리 생활에 유용하게 쓸 수 있는 물로 바꿀 수 있는 기술은 무엇이 있을까요?

 

2. 물 부족 해결을 위한 정수화 기술

1) 해수담수화

- 해수담수화란?

염도가 높아 실생활에서 사용하기 힘든 바닷물을 처리하는 가장 대표적인 기술이 바로 해수담수화인데요. 염분을 포함하여 물에 용해된 다양한 물질을 제거하여 음용수 및 생활용수, 공업용수 등의 일상생활에서 사용할 수 있는 담수로 만들어내는 기술이랍니다.

 

- 해수담수화 종류와 방법

해수담수화의 방법에는 다양한 방식이 있는데요. 바로 증류법, 냉동법, 역삼투법, 전기투석법입니다. 

(1) 증류법

증류법은 바닷물을 가열해 순수한 물만 증발시키는 가장 오래된 담수화 기술인데요. 안타깝게도 바닷물을 끓일 때 에너지 소모량이 많다는 단점이 있답니다.

(2) 냉동법

냉동법은 바닷물이 얼음이 될 때 바닷물에 들어있는 염분은 빠지고 순수한 얼음이 되는 원리를 이용한 방법으로 많은 시간과 비용이 투자된다는 단점이 있답니다. 

(3) 역삼투법

역삼투법은 상당한 압력을 이용해 물을 높은 농도의 용액으로부터 낮은 농도의 용액으로 보내는 방법인데요. 높은 압력에 의해 해수가 반투막을 통과할 때 염분과 불순물이 제거되는 방식이죠.

(4) 전기투석법

전기투석법은 역삼투법과 마찬가지로 분리막을 이용해 해수를 담수화 시키는 원리인데요. 이때 전기에너지를 사용한다는 차이점이 있습니다.

 

- 해수담수화의 현주소

우리나라 기업은 UAE나 사우디아라비아 등 중동지역에 해수담수화 시설을 설치했으며, 국내에는 총 40여 개의 담수화 설비를 운영 중에 있습니다. 실례로 제주시 추자도는 해수담수화와 빗물 고도정수처리시설로 식수문제를 해결하고 있으며, 그 외에 독도, 우도, 삽시도 등 여러 도서 지역에서 해수담수화 시설을 설치해 식수를 자급자족하고 있답니다.

 

2) 태양광 / 태양열 정수

- 태양광 정수 기술

해수담수화로 짠 바닷물을 음용이 가능한 식수로 바꿀 수 있지만 앞서 설명한 대로 물을 끓이는 데 많은 에너지와 시간이 소모된다는 문제점이 있는데요. 미국 스탠포드대학교 연구진이 이 문제를 해결할 수 있는 신기술을 개발했습니다. 바로,'선형 가속기 연구소(SLAC:Stanford Linear ACcelerator laboratory)'가 개발한 초소형 '살균칩'으로 태양열을 이용해 물을 정수하는 태양광 정수 기술입니다.

태양광 정수 기술은 햇빛의 자외선 흡수해 물속 박테리아와 세균을 제거해 깨끗하게 만드는 원리인데요. 칩을 25ml 물속에 넣고 20분 간 자외선을 쪼이자 대부분의 박테리아와 균이 파괴된다는 것이 확인되었답니다.

 

- 태양열 정수 기술

태양광이 아닌 태양열을 이용한 정수장치도 개발되었습니다. 미국 매사추세츠공대(MIT) 연구진이 개발한 정수기술인데요. 연구 결과를 학술지 '네이처 에너지'에 발표하기도 했답니다.

태양열 정수장치는 통에 담긴 물 위로 3개의 층으로 이루어진 소재가 덮여 있는 형태인데요. 맨 위는 태양에너지를 잘 흡수할 수 있는 금속·세라믹 층으로 가시광선과 자외선 영역의 빛만 흡수합니다. 그리고 아래층은 열을 잘 전달하는 구리판이 들어있고, 맨 아래층에는 물에 뜨는 단열재로 구성돼있답니다.

3개의 층에는 중간중간 구멍이 뚫려 있는데요. 이 구멍을 따라 올라간 물만 태양열을 전달받아 수증기가 됩니다. 수증기를 따로 모아 식히면 깨끗한 물을 얻을 수 있는 원리랍니다.

 

아직은 물 부족을 실생활에서 체감할 정도는 아니지만 우리나라도 심각한 물 스트레스 국가로 분류되고 있습니다. 물 절약만큼 물 부족을 해결하는 다양한 정수 기술이 개발되었으면 좋겠습니다!