바닷물을 담수로 - 진공 기술의 사용으로 담수화 작업의 필요 에너지를 줄이다

바닷물을 담수로 - 진공 기술의 사용으로 담수화 작업의 필요 에너지를 줄이다

물은 전 세계 인구 증가로 인해 갈수록 부족해지는 자원으로, 무궁무진한 바닷물을 이용하는 일은 이제 당연한 과정일 것입니다. 담수화 공장에서 바닷물로부터 음용 가능한 담수를 뽑아내는 과정에서 진공은 매우 중요한 역할을 수행합니다.
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효율성을 높이는 진공 공정

해수에서 소금을 제거할 때에는 전혀 다른 2가지 방법이 사용됩니다. 즉, 전문 용어로 "상변태(phase transition)"라고 하는 증발 과정을 거치거나 증발 과정을 거치지 않는 것입니다. 물이 증발할 때, 다시 말해 액체에서 기체가 될 때 물보다 끓는점이 높은 물질은 모두 그대로 남습니다. 소금도 그러한 물질 중 하나입니다. 그리고 그 증기를 다시 증류하면, 즉 다시 액체로 바꾸면 순수한 물이 됩니다.

이 원리는 많은 해수 담수화 공장에서 사용되고 있으며, 효율을 높이기 위해 종종 진공을 적용합니다. 해수를 증발시키려면 대기압에서 약 115°C까지 가열해야 하는데, 진공 장치 내에서는 이러한 작업이 상당히 낮은 온도에서도 가능하기 때문입니다. 42.4mbar의 저진공에서는 30°C에서도 가능합니다. "진공은 적용된 열에너지를 효율적으로 사용할 수 있게 해 줍니다."라고 Verein Deutsche Meerwasserentsalzung(독일 해수 담수화 협회)의 Markus Spinnler 박사는 말합니다.

작지만 강한 기능

상변태(phase transition)를 사용하지 않는 방식은 매우 다양합니다. 보통 "역삼투"라고 알려진 막 공정이 많이 사용됩니다. 이 경우, 소금물이나 오염된 물에 압력을 가해 물 분자만 통과하고 소금 이온을 비롯한 원치 않는 분자는 남게 되는 막을 통과하도록 합니다.

막 증류법은 열과 기계적 방식을 둘 다 사용해 물과 소금을 분리하는 일종의 혼합 방식입니다. 이런 공정에 진공 기술을 적용하면 증발 온도가 내려갑니다. 또한, 막의 기공을 막을 수 있는 큰 분자가 있는 가스를 제거하는 데도 사용됩니다. "막 증류법은 규모는 더 작으면서도 훨씬 강력한 공장을 가능하게 합니다."라고 Markus Spinnler 박사는 설명합니다. "진공 기술은 성능과 경제성을 높여줍니다."

3억명 분의 물을 제공하는 담수화

많은 지역이 물 부족에 시달리고 있으며 영향을 받는 지역의 수 또한 늘어나고 있습니다. 게다가 그 심각도도 날로 높아지고 있습니다. 이는 부분적으로는 많은 지역을 점점 더 건조하게 만드는 기후 변화의 탓이기도 합니다. 또한, 전 세계적으로 경제는 성장하고 인구는 날로 늘어나고 있으며, 경제 발전에 따라 1인당 물 사용량도 증가하고 있습니다. 더욱이 페르시아 만 주변 지역, 아프리카 건조대, 북아메리카 및 중앙아시아, 지중해 북부 해안 지역 등, 물이 특히 부족한 지역에서 인구는 가장 많이 증가하고 있습니다.

IDA(International Desalination Association)의 정보에 따르면, 2015년 6월을 기준으로 전 세계에 18,426개의 담수화 공장이 운영 중이며 이들의 전체 용량은 8,700만 세제곱미터로 약 3억 명에게 물을 공급합니다. 이스라엘에서는 물 수요의 약 40%가 담수화를 거친 바닷물을 통해 해결되고 있으며 이는 다른 어떠한 국가보다 높은 비율입니다. 이스라엘 외에 가장 큰 공장들은 페르시아만 연안 8개국, 호주, 그리고 캘리포니아에 있습니다. 앞으로도, 중장기적으로 해수 담수화가 크게 성장할 것으로 예상 합니다.

Busch는 30년이 넘게 전 세계 해수 담수화 공장에 진공 기술을 제공해 왔습니다.


런던에서조차 필요한 해수

전반적으로 높은 강우량을 보이는 잉글랜드 지역에서조차 빗물이 부족합니다. 2010년, 대도시 런던의 상수도 확보를 위해 템스 강 어귀에서 한 담수화 공장이 운영을 시작했습니다. 이 공장에서는 썰물 때 빠져나가는 해수에서 매일 1억 5,000만 리터의 담수를 생산할 수 있습니다. 런던의 물 수요는 지역에서 이용할 수 있는 담수원의 용량보다 많으며, 인구 증가와 경제 성장으로 인해 수년간 필요한 물의 양은 늘어가고 있습니다.

베이징, 뉴욕, 로스앤젤레스 같은 다른 대도시 역시 비슷한 상황에 직면하고 있습니다. 이러한 대도시들은 정교한 운하 시스템을 사용하여 먼 지역에서 물을 끌어오거나 점점 해수 담수화로 전환하고 있습니다.

대도시에서 수자원을 사용하는 것 외에도, 전 세계 농업 역시 날로 악화되는 물 부족 현상에 기여하고 있습니다. 천연 담수 저장량은 막대한 수요로 인해 자연 재생이 거의 불가능한 상태입니다. 따라서, 물을 절약하고 새로운 공급원을 활용해야 한다는 요구가 커지고 있습니다.


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