2018년 10월
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바닷물 얼려 먹는 물 만든다
이주동 한국생산기술연구원 수석연구원
2018-10-29 14:03:25

해수담수화 기술은 지구상에서 가장 풍부한 자원의 하나인 바닷물을 식수와 생활용수로 바꿔주는 기술로, 유엔이 발표한 미래 보고서에 의하면 오는 2025년 전 세계 인구 중 30억 명이 물 부족 사태에 직면할 것으로 전망돼 현재 관련시장은 가파른 성장곡선을 그리고 있다.

 

가스하이드레이트(Gas Hydrate)는 메탄, 에탄 등과 같은 가스가 저온고압 조건에서 물 분자와 결합돼 형성된 고체물질을 의미하는데 외형상 드라이아이스와 유사한 특성을 보여 일명 불타는 얼음으로 불리기도 한다. 가스하이드레이트는 상온에서도 형성되기 때문에 이러한 생성 원리를 이용하면 쉽게 바닷물을 식수로 만들 수 있다.

 


 그림 1. 상온에서 해수로부터 만든 가스하이드레이트

 

 

가스하이드레이트 형성 기술은 가스와 바닷물을 반응시켜 바닷물을 가스 하이드레이트 결정체로 만든 다음 염분이 포함된 여액을 분리해 순수한 담수를 얻어내는 메커니즘이다. 쉽게 말하면 바닷물이 얼어서 만들어진 얼음이 염분을 포함하지 않는 순수한 물 결정만으로 이루어진 것과 같은 이치다.

 

해수담수화기술은 크게 증발법과 막분리법(역삼투막법)으로 구분된다. 증발법은 바닷물을 끓여서 증발시킨 뒤 응축해 담수를 얻는 방식인데 막대한 에너지 투입이 요구돼 비용이 많이 든다는 단점을 지니고 있다. 세계에서 가장 많이 사용되는 해수담수화 기술인 막분리법의 경우, 증발법에 비해 에너지 소모는 적어 비용이 적게 드는 반면 빈번한 필터 교체로 인한 유지비용 증가와 더불어 무엇보다도 바닷물의 염분 농도가 5%이상의 바닷물에는 적용할 수 없다는 맹점이 있다. 따라서 염분농도가 5% 이상의 고염분의 바닷물을 담수로 만들기 위해서는 증발법을 사용해야하지만 막대한 비용이 큰 부담이 되고 있는 실정이다.

 

이에 반해 가스하이드레이트 원리를 이용한 해수담수화 기술은 고농도 염분이 포함된 상태에서도 깨끗한 물을 만드는 장점을 가지고 있다. 예를 들면 중동지역의 대수층의 염분농도는 10% 이상인데 이와 같은 해수담수화 시장에는 가스하이드레이트 생성원리를 응용한 해수담수화 기술이 제격인 셈이다. 또한 염분이 가장 많다는 아라비아 반도의 사해나 염호수에서도 가스하이드레이트 방법을 이용하면 깨끗한 물을 만들 수 있다는 큰 장점이 기초 연구로 확인 되고 있다. 또한 이 기술은 농도가 높은 바닷물에서도 리튬, 마그네슘, 소금과 같은 용존자원의 농축을 통해 자원 회수 기술에 적용도 가능해 부가가치를 높일 수 있다는 이점도 가지고 있다. 가스하이드레이트 방식은 비용적인 측면에서도 기존의 증발법과 비교하면 경제성이 크게 앞서기 때문에 상용화를 위한 연구가 국내에서도 진행되고 있다.

 

 


그림 2. 가스하이드레이트 원리를 이용한 해수담수 및 수처리플랜트 공정도

 

 

최근 해양투기의 법적 금지로 유기성 폐기물의 바다 투기가 금지돼 고농도 폐수시장의 수처리 관련 기술개발 연구에도 큰 관심이 집중되고 있다. 가스하이드레이트 형성 기술은 해수담수화 이외에도 이러한 고농도 폐수처리나, 자원 회수 그리고 식음료 및 제약 등 여러 분야에 적용이 가능하며 신성장동력산업에 적용되는 미래신기술이라는 점에서 큰 주목을 받고 있다.

 

세계적으로 물 부족 현상이 심화됨에 따라 ‘Black Gold’인 석유시대를 넘어 ‘Blue Gold’라고 불리는 물시대가 다가오고 있으며, 바닷물 또는 폐수를 재이용해 인류가 사용할 수 있는 수자원을 확보하는 기술은 인류공헌이라는 점에서 새로운 패러다임으로 그 전환점을 맞이하고 있다.​

 

 

 

이주동 한국생산기술연구원 수석연구원 

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