[과학을읽다]물이 부족해?…해수 담수화의 원리

국내 최대 규모인 부산 기장군의 해수 담수화 처리시설. [사진=유튜브 화면캡처]

[아시아경제 김종화 기자]지구 표면의 71%는 물로 덮여 있습니다. 물이 엄청나게 많은 행성이지요. 그런데 이 물들의 97.47%가 바닷물이라는데 문제가 있습니다.

거기다 나머지도 빙하·만년설(1.76%)이거나 지하수(0.76%)가 많고, 실제로 인간이 식수 등으로 활용할 수 있는 호수·하천·강이 차지하는 물의 양은 전체의 0.01%에 불과합니다.

물은 지구상에 존재하는 모든 생명의 근원이라고 해도 과언이 아닙니다. 모든 생명체는 물이 있어야 생존할 수 있다는 의미이기도 합니다. 인간의 경우 몸무게의 70% 정도가 물이라고 합니다. 몇 시간만 물을 마시지 않아도 몸은 이상 신호를 보낼 정도지요.

인간은 하루에 2~4ℓ 정도의 물을 마셔야 하는데 오염되지 않은 깨끗한 물을 마셔야 합니다. 염분이 함유된 바닷물은 마실 수 없습니다. 해양생물을 제외한 다른 생명체들도 바닷물을 마실 수는 없습니다.

지구 온난화로 지구 곳곳이 사막화 돼 가면서 물은 더 부족해지고 있습니다. 그래서 바닷물을 담수화하는 기술이 필요합니다. 넘쳐나는 바닷물을 활용할 수 있다면 더 이상의 물 걱정은 필요가 없을테니까요.

해수담수화 기술은 생활용수나 공업용수로 직접 사용하기 힘든 바닷물 속의 염분을 제거해 사용 가능한 물로 처리하는 기술입니다. 과거에는 증발법을 많이 사용했으나 요즘은 역삼투법(Reverse Osmosis) 등이 많이 사용된다고 합니다.

증발법은 글자 그대로 바닷물을 증발시키는 방법입니다. 바닷물을 가열하면 물은 증발하고 소금이 남는 원리를 이용하는데 가열할 때 발생한 수증기를 차가운 관 속으로 보내면 수증기가 다시 액체 상태로 변해 담수가 됩니다. 증발법 중에서도 증발의 과정을 여러 번 거치는 다단증발법이 많이 사용됐다고 합니다.

역삼투법은 삼투현상을 역으로 이용하는 방법입니다. 삼투현상은 농도가 서로 다른 용액이 반투과성막(Semi-permeable Membrane)을 사이에 두고 있을 때 농도가 더 진한 쪽으로 농도가 덜 진한 용액이 이동하는 현상을 말합니다. 용액이 이동할 때 발생하는 압력의 크기를 '삼투압'이라고 합니다.

바닷물을 담수화하는 역삼투법은 삼투압보다 높은 압력을 가해 농도가 진한 용액으로부터 순수한 물(담수)만 빠져 나오도록 하는 방법입니다. 바닷물과 담수 사이를 반투과성막으로 분리해 둔 상태에서 바닷물에 높은 압력(삼투압)을 지속적으로 가하면, 염도가 높은 바닷물 속의 순수한 물이 염도가 낮은 담수 쪽으로 이동하는 것이지요.

압력이 삼투현상이 역으로 발생하게 만드는 것입니다. 이런 방식은 정수기에도 활용되고 있지요. 최근에는 전극물질을 사용에 전극에 염분이 흡착하게 하는 축전식 해수담수화 기술, 가스와 바닷물을 함께 얼려 얼음에서 연분을 분리해 담수를 얻는 방법 등이 개발됐지만 상용화까지는 시간이 걸릴 것으로 보입니다.

세계 최대 규모 사우디아라비아의 해수담수화 플랜트의 모습. [사진=유튜브 화면캡처]

해수담수화 시설은 육지뿐 아니라 오랫동안 항해하는 일정 규모 이상의 선박에도 탑재돼 있습니다. 일반적으로 육지에서 청수를 싣고 항해를 하지만 비상 사태에 대비해 선박용 해수담수화 장치인 '조수기(Fresh Water Generator)'가 장착돼 있기도 합니다.

우리나라에도 100여 곳의 해수담수화 시설이 있습니다. 대표적인 곳이 2014년 가동되기 시작한 부산시 기장 해수 담수화 시설입니다. 이곳은 하루 4만5000톤(t0의 수돗물을 생산해왔는데 이는 5만 가구에 공급할 수 있는 양입니다. 역삼투압 방식 담수화 시설로는 세계 최대 규모입니다.

그러나 이곳은 고리원전과 11㎞ 떨어져 생산된 담수의 방사능 오염 가능성 논쟁 등으로 지난해부터 가동이 중단된 상태입니다. 생산된 담수를 수돗물이 아닌 공업용수로만 사용하기로 하고도 재가동되지 못하고 있습니다. 비용의 문제가 얽혀 있기 때문입니다.

대규모 담수화 작업에는 생산단가가 비쌉니다. 바닷물을 사용할 수 있는 물로 만드는데는 일반적인 담수를 정수하는 비용보다 10배 정도 비싸기 때문이지요. 다른 방식에 비해 역삼투압 방식이 특히 비용이 많이 든다고 합니다.

아프리카에서는 오염된 물 때문에 8초당 1명의 어린이가 사망할 만큼 물 부족 문제가 심각하다고 합니다. 더 저렴한 비용으로 해수를 담수화할 수 있는 방법이 개발돼 하루빨리 상용화될 수 있기를 기대합니다.

김종화 기자 justin@asiae.co.kr