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학습자료/과학

물 부족에 대한 대책으로 각광받는 해수 담수화

대한민국 교육부 2015. 7. 3. 10:22


물 부족에 대한 대책으로 

각광받는 해수 담수화 



바닷물은 그 속에 들어 있는 염류 때문에 먹을 수 없습니다. 바닷물이 우리 몸속에 들어가면 염분을 희석시키기 위해서 많은 양의 물이 필요하기 때문에 바닷물을 마시면 오히려 갈증을 느끼게 됩니다. 또한 바닷물을 마셔서 우리 몸속에 들어온 염류를 몸 밖으로 배출하기 위해서 마신 바닷물의 양의 1.5배 정도의 소변을 배출해야 합니다. 따라서 바닷물을 마실수록 우리 몸에서는 탈수 현상이 일어나게 됩니다.

 

이런 바닷물을 우리가 마실 수 있는 물로 바꿀 수 있을까요? 바닷물을 마실 수 있는 물로 바꾸기 위해서는 바닷물 속에 녹아 있는 염류를 모두 없애어 담수로 만들어야 합니다. ‘해수 담수화’란 바닷물에서 염분과 용해 물질을 제거하여 식수 및 생활 용수, 공업 용수 등을 만들어 내는 과정을 말하며, 이러한 기술을 ‘담수화 기술’이라고 합니다. 우리가 사는 지구에서 실제로 사용할 수 있는 물의 양이 매우 적기 때문에 현재 세계 인구의 40%가 만성적인 물 부족을 겪고 있으며, 2025년에는 세계인의 절반이 물 부족을 겪게 될 것이라고 합니다. 이에 대한 대책으로 해수 담수화가 각광을 받고 있습니다. 


▲2012 여수세계박람회 해수 담수화 시스템(출처: 에듀넷)


[증류법]

가장 오래된 담수화 기술로, 바닷물을 수증기가 되는 온도 이상으로 가열해 바닷물에서 순수한 물만 증발시키는 방법입니다. 바닷물을 증발시키기 위해 바닷물을 끓일 때 에너지 소모량이 많다는 단점이 있습니다.


▲증류법의 기본 원리(출처: 에듀넷)


[냉동법] 

바닷물이 얼음이 될 때 바닷물에 들어있는 염분은 빠지고 순수한 물만 얼음이 되는 원리를 이용하는 방법입니다. 이 방법은 바닷물이 어는점이 낮기 때문에 바닷물을 얼게 만들기가 어렵다는 단점이 있습니다. 


[역삼투법] 

상당한 압력을 이용해 반투막을 통해 물을 높은 농도의 용액으로부터 낮은 농도의 용액으로 보내는 방법입니다. 역삼투법은 증류법에 비해 경제적이지만, 필터 교체 등 유지 관리가 곤란하다는 단점이 있습니다. 


[전기 투석법]

분리막을 이용한다는 점에서 역삼투법과 비슷하지만, 전기 에너지를 이용한다는 점에서 차이가 있습니다.



■ 신·재생 에너지

신·재생 에너지는 석유·석탄과 같은 화석 연료를 대체하는 햇빛, 물, 지열 등과 같은 새로운 에너지원을 말합니다. 최근 신·재생 에너지원으로 바닷물의 소금기를 이용하여 전기를 생산하는 ‘염분차 발전’이 날씨와 상관없이 언제든지 발전할 수 있고, 무한한 바닷물을 사용한다는 점 때문에 미래의 에너지원으로 떠오르고 있습니다. 이 방법을 국내 5대강에 적용하면 원자력 발전소 2기에 해당한 전기를 생산할 수 있습니다. 또한 염분 농도와 발전량이 비례하므로 염분차 발전을 해수 담수화 기술과 연결하면 담수는 생활용수를 활용하고 고농도 염수는 발전에 이용하여 경제성을 크게 높일 수 있습니다. 이러한 염분차 발전은 지구 표면의 70%를 덮고 있는 바닷물을 이용하므로 그 양이 무궁무진하고 오염 물질을 배출하지 않으며 태양력·풍력과 같이 기후의 영향을 받지 않습니다. 따라서 염분차 발전은 해양 에너지가 가운데 잠재력이 가장 높은 것으로 평가 받고 있습니다. 현재까지 개발된 염분차 발전 중 가장 큰 기술적 성장을 보이고 있는 방법은 삼투압을 이용하는 압력지연삼투(Pressure-retarded osmosis) 발전과 이온의 이동을 이용하는 역전기투석(Reverse electrodialysis) 발전입니다.

 

[압력지연삼투 발전]

압력지연삼투 발전의 원리는, 바닷물은 염분의 농도가 35‰이고 민물은 염분의 농도가 0.5‰인데, 이렇게 염분 농도가 다른 바닷물과 민물 사이에 물만 통과할 수 있는 반투과성 막을 설치하면 삼투압 현상이 일어납니다. 즉, 염분이 적은 민물이 바닷물 쪽으로 흘러들어 가서 염분의 농도를 같게 하려고 합니다. 이때 바닷물의 수위가 올라가면 이 물이 떨어지는 힘으로 터빈을 돌려 전기를 만듭니다. 


▲압력지연삼투 발전(출처: 에듀넷)


[역전기투석 발전]

역전기투석 발전은 소금인 염화나트륨을 나트륨과 염소 이온으로 분리해서 터빈 없이 전기를 생산하는 방식입니다. 이것은 신장 투석 등 전기를 이용해 용액의 이온을 제거하는 방식을 거꾸로 이용해 전기를 생산하는 방법으로, 장치에 바닷물과 민물을 통과시키면 바닷물 속의 나트륨 이온은 오른쪽 쪽으로, 염소 이온은 왼쪽으로 통과하여 장치 양쪽에 설치한 전극에서 전자의 흐름이 생성되어 전기가 발생하는 원리입니다. 


▲역전기투석 발전(출처: 에듀넷)



[자료출처: 에듀넷]









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