'해수담수화'에 해당되는 글 2건

  1. 2013.08.19 [FUTURE] 2023년, 생명줄 ‘물’을 보호하라!
  2. 2010.06.21 원자로가 바닷물 마시게 해준다고?
[FUTURE] 2023년, 생명줄 ‘물’을 보호하라!

 

2013년 KISTI의 과학향기에서는 올 한 해 동안 매월 1편씩 [FUTURE]라는 주제로 미래기술을 소개하는 코너를 마련했습니다. 칼럼에서 언급된 미래기술은 KISTI에서 발간한 <미래기술백서 2013>의 자료를 토대로 실제 개발 중이며 10년 이내에 실현 가능한 미래기술들을 선정한 것입니다.
미래기술이 상용화 된 10년 이후 우리의 생활이 어떨지, 또 이 기술들로 인해 우리 사회가 어떻게 변할지를 이야기로 꾸며 매월 셋째 주 월요일에 서비스할 예정입니다. 과학향기 독자 분들의 많은 관심 부탁드립니다.

2023년, 우리나라는 지구온난화로 인해 급격한 기후변화를 겪고 있다. 강수량은 여름에만 집중돼 예상치 못한 물폭탄이 내리는가 하면, 가을부터 이듬해 봄까지는 가뭄이 이어지고 있다. 어느새 우리나라는 UN이 정한 ‘물 부족 국가’에서 ‘물 기근 국가’로 분류되고 말았다.

물 기근 국가란 만성적으로 물 부족을 경험하며 그 결과 경제발전 및 국민복지, 보건이 저해되는 상태를 말한다. 우려했던 일이 벌어지고 만 것이다. 하루빨리 물 낭비를 줄이고 대체 수자원을 확보하지 않으면 안 된다. 물은 생명과 직결돼 있기 때문이다.

집에서 물을 줄줄 틀어놓고 설거지를 하거나 샤워를 하던 시대는 호랑이 담배 피던(?) 시절 얘기가 됐다. 관리비 중 수도요금이 몇 년 새에 몇 십 배나 껑충 뛰어올랐기 때문이다. 또 집집마다 단수 조치가 시행돼 정해진 시간에 물을 받아놓고 써야한다. 요리하고 마실 식수도 부족해지자, 사람들은 설거지물을 아끼기 위해 그릇을 최소로 쓰고 심한 경우 스님들처럼 한 종지의 물과 한 조각의 김치로 모든 그릇을 씻고 그 물을 마실 지경에 이르렀다. 한 달에 한 번 욕탕에 물을 받아서 가족들이 돌아가면서 씻을 수 있으면 감지덕지다.

목욕탕, 찜질방, 수영장 등 물을 이용하는 시설은 전면 금지되고 국가에서 지정한 몇 군데만 허용되고 있다. 또 요금이 턱없이 비싸 일반인들은 엄두도 낼 수 없다. 특히 샤워시설이 갖춰진 헬스장 회원권의 수요는 넘쳐나는데 물건이 없어 가격이 천정부지로 뛰어올랐다. 2023년, 샤워를 매일 하는 것은 돈 걱정 없는 최상류층이나 가능한 일이 됐다.

2008년 미국 워싱턴에서 열린 세계미래회의에서 미래학자 앨빈 토플러는 “세계적인 물 부족으로 물 값이 원유 가격만큼 올라 10년 안에 물 전쟁이 발발할 가능성이 높다”고 예측했었는데, 15년도 채 안 된 지금 더 심각한 상황에 빠져버렸다. 원유가 고갈되기 시작하자 많은 과학자들이 신재생에너지를 연구․개발해 총에너지에서 원유의 비중을 점점 낮춰갔다.

그러나 물은 어떤 것으로도 대체할 수 없다. 세계인구가 2023년 현재 약 80억 명으로 늘어났고 개발도상국의 도시화가 빠른 속도로 진행되자 물 부족이 세계적인 문제로 부각됐다. 1L의 생수 가격이 휘발유 가격의 몇 십 배로 뛰어올랐다. 이대로 가다가는 물로 인해 수천만 명의 사람들이 생명의 위협을 느끼는 것은 물론, 수자원 확보를 위해 이웃나라와 전쟁까지 일어날 판이다. 인류의 미래가 ‘물’에 달려있다고 해도 과언이 아니다.

경기도 양평군 팔당댐 근처에 위치한 한국물대학(KWNU, Korea Water National University)은 이런 심각한 물 위기를 타개하기 위해 정부가 세운 국립대학이다. 2020년에 생겨서 3년째 학생을 받고 있다. 물대학이라고 해서 절대 물로 봐서는 안 된다. 한국물대학은 물 관련 다양한 학문의 융·복합 및 산학협력 등 물산업에 대한 체계적인 교육·연구기관으로 물에 관한한 최고의 전문 인력을 양성하고 있다. 곧 물학사를 시작으로 물석사, 물박사들이 물고 터지듯 줄줄줄 나올 것이다.

한샘물 학생은 올해 3학년에 재학 중이다. 이 학생이 한국물대학으로 진로를 정한 것은 전 세계적으로 심각한 물위기가 올 것이라고 예측했고, 물과 관련된 전문가들이 꼭 필요한 시대가 올 것이라고 확신했기 때문이다. 심각한 물 사태를 직접 해결하는 것은 평소의 꿈이기도 했다.

한샘물 학생이 학교에서 국가와 기업간 공동으로 연구하고 있는 프로젝트는 두 가지다. 하나는 나노기술기반 역삼투막 해수담수화 기술¹⁾이고 또 하나는 스마트 워터 그리드 시스템²⁾이다.

3면이 바다로 둘러싸여 있는 우리나라가 물 기근으로 고생하고 있는 것은 아이러니라 할 수 있다. 바닷물을 식수로 바꿀 수 있다면 물 걱정은 더 이상 하지 않아도 될 것이다. 그러나 물에서 염분을 빼는 기술은 만만치 않다. 바닷물을 끓이는 증류법을 사용하면 또 다른 화석 에너지가 필요하기 때문이다.

이 문제를 해결하기 위해 개발된 것이 나노기술기반 역삼투막 해수담수화 기술이다. 이 기술은 바닷물을 삼투막에 통과시켜 염분을 제거하는 방식으로 식수나 산업용수를 생산한다. 특히 기능성 혼합 탄소나노튜브를 이용한 역삼투막기술로 해수를 담수로 바꿀 때 에너지 소비와 비용을 최대한 줄일 수 있게 된다.

스마트 워터 그리드 시스템은 우리나라의 강점인 ICT기술(Information Communication Technology)을 이용해 하천수, 우수, 지하수, 하폐수처리수, 해수담수 등 다양한 수자원을 효율적으로 배분·관리·수송해 수자원의 지역적, 시간적 불균형을 시스템적으로 관리하는 것을 말한다. 예를 들어 비나 눈이 왔을 때 새지 않게 모았다가 실시간 네트워킹과 시스템을 통해 필요한 곳으로 보내는 등 물 낭비를 없애는 기술이다.

한샘물 학생은 하루빨리 이 두 기술이 완벽하게 개발․상용화돼 현재 겪고 있는 물 문제를 해결해 전 국민이 물을 맘껏 쓸 수 있는 날이 오면 좋겠다고 생각했다. 더불어 이 기술들을 전 세계에 수출해 물 부족으로 고통 받고 있는 전 인류가 다함께 웃을 날이 빨리 오길 바랐다. 깊은 밤, 한국물대학의 모든 연구실이 늦도록 불이 꺼지지 않는 이유다.

글 : 정영훈 과학칼럼니스트
[FUTURE] 2023년, 생명줄 ‘물’을 보호하라!

 

2013년 KISTI의 과학향기에서는 올 한 해 동안 매월 1편씩 [FUTURE]라는 주제로 미래기술을 소개하는 코너를 마련했습니다. 칼럼에서 언급된 미래기술은 KISTI에서 발간한 <미래기술백서 2013>의 자료를 토대로 실제 개발 중이며 10년 이내에 실현 가능한 미래기술들을 선정한 것입니다.
미래기술이 상용화 된 10년 이후 우리의 생활이 어떨지, 또 이 기술들로 인해 우리 사회가 어떻게 변할지를 이야기로 꾸며 매월 셋째 주 월요일에 서비스할 예정입니다. 과학향기 독자 분들의 많은 관심 부탁드립니다.

2023년, 우리나라는 지구온난화로 인해 급격한 기후변화를 겪고 있다. 강수량은 여름에만 집중돼 예상치 못한 물폭탄이 내리는가 하면, 가을부터 이듬해 봄까지는 가뭄이 이어지고 있다. 어느새 우리나라는 UN이 정한 ‘물 부족 국가’에서 ‘물 기근 국가’로 분류되고 말았다.

물 기근 국가란 만성적으로 물 부족을 경험하며 그 결과 경제발전 및 국민복지, 보건이 저해되는 상태를 말한다. 우려했던 일이 벌어지고 만 것이다. 하루빨리 물 낭비를 줄이고 대체 수자원을 확보하지 않으면 안 된다. 물은 생명과 직결돼 있기 때문이다.

집에서 물을 줄줄 틀어놓고 설거지를 하거나 샤워를 하던 시대는 호랑이 담배 피던(?) 시절 얘기가 됐다. 관리비 중 수도요금이 몇 년 새에 몇 십 배나 껑충 뛰어올랐기 때문이다. 또 집집마다 단수 조치가 시행돼 정해진 시간에 물을 받아놓고 써야한다. 요리하고 마실 식수도 부족해지자, 사람들은 설거지물을 아끼기 위해 그릇을 최소로 쓰고 심한 경우 스님들처럼 한 종지의 물과 한 조각의 김치로 모든 그릇을 씻고 그 물을 마실 지경에 이르렀다. 한 달에 한 번 욕탕에 물을 받아서 가족들이 돌아가면서 씻을 수 있으면 감지덕지다.

목욕탕, 찜질방, 수영장 등 물을 이용하는 시설은 전면 금지되고 국가에서 지정한 몇 군데만 허용되고 있다. 또 요금이 턱없이 비싸 일반인들은 엄두도 낼 수 없다. 특히 샤워시설이 갖춰진 헬스장 회원권의 수요는 넘쳐나는데 물건이 없어 가격이 천정부지로 뛰어올랐다. 2023년, 샤워를 매일 하는 것은 돈 걱정 없는 최상류층이나 가능한 일이 됐다.

2008년 미국 워싱턴에서 열린 세계미래회의에서 미래학자 앨빈 토플러는 “세계적인 물 부족으로 물 값이 원유 가격만큼 올라 10년 안에 물 전쟁이 발발할 가능성이 높다”고 예측했었는데, 15년도 채 안 된 지금 더 심각한 상황에 빠져버렸다. 원유가 고갈되기 시작하자 많은 과학자들이 신재생에너지를 연구․개발해 총에너지에서 원유의 비중을 점점 낮춰갔다.

그러나 물은 어떤 것으로도 대체할 수 없다. 세계인구가 2023년 현재 약 80억 명으로 늘어났고 개발도상국의 도시화가 빠른 속도로 진행되자 물 부족이 세계적인 문제로 부각됐다. 1L의 생수 가격이 휘발유 가격의 몇 십 배로 뛰어올랐다. 이대로 가다가는 물로 인해 수천만 명의 사람들이 생명의 위협을 느끼는 것은 물론, 수자원 확보를 위해 이웃나라와 전쟁까지 일어날 판이다. 인류의 미래가 ‘물’에 달려있다고 해도 과언이 아니다.

경기도 양평군 팔당댐 근처에 위치한 한국물대학(KWNU, Korea Water National University)은 이런 심각한 물 위기를 타개하기 위해 정부가 세운 국립대학이다. 2020년에 생겨서 3년째 학생을 받고 있다. 물대학이라고 해서 절대 물로 봐서는 안 된다. 한국물대학은 물 관련 다양한 학문의 융·복합 및 산학협력 등 물산업에 대한 체계적인 교육·연구기관으로 물에 관한한 최고의 전문 인력을 양성하고 있다. 곧 물학사를 시작으로 물석사, 물박사들이 물고 터지듯 줄줄줄 나올 것이다.

한샘물 학생은 올해 3학년에 재학 중이다. 이 학생이 한국물대학으로 진로를 정한 것은 전 세계적으로 심각한 물위기가 올 것이라고 예측했고, 물과 관련된 전문가들이 꼭 필요한 시대가 올 것이라고 확신했기 때문이다. 심각한 물 사태를 직접 해결하는 것은 평소의 꿈이기도 했다.

한샘물 학생이 학교에서 국가와 기업간 공동으로 연구하고 있는 프로젝트는 두 가지다. 하나는 나노기술기반 역삼투막 해수담수화 기술¹⁾이고 또 하나는 스마트 워터 그리드 시스템²⁾이다.

3면이 바다로 둘러싸여 있는 우리나라가 물 기근으로 고생하고 있는 것은 아이러니라 할 수 있다. 바닷물을 식수로 바꿀 수 있다면 물 걱정은 더 이상 하지 않아도 될 것이다. 그러나 물에서 염분을 빼는 기술은 만만치 않다. 바닷물을 끓이는 증류법을 사용하면 또 다른 화석 에너지가 필요하기 때문이다.

이 문제를 해결하기 위해 개발된 것이 나노기술기반 역삼투막 해수담수화 기술이다. 이 기술은 바닷물을 삼투막에 통과시켜 염분을 제거하는 방식으로 식수나 산업용수를 생산한다. 특히 기능성 혼합 탄소나노튜브를 이용한 역삼투막기술로 해수를 담수로 바꿀 때 에너지 소비와 비용을 최대한 줄일 수 있게 된다.

스마트 워터 그리드 시스템은 우리나라의 강점인 ICT기술(Information Communication Technology)을 이용해 하천수, 우수, 지하수, 하폐수처리수, 해수담수 등 다양한 수자원을 효율적으로 배분·관리·수송해 수자원의 지역적, 시간적 불균형을 시스템적으로 관리하는 것을 말한다. 예를 들어 비나 눈이 왔을 때 새지 않게 모았다가 실시간 네트워킹과 시스템을 통해 필요한 곳으로 보내는 등 물 낭비를 없애는 기술이다.

한샘물 학생은 하루빨리 이 두 기술이 완벽하게 개발․상용화돼 현재 겪고 있는 물 문제를 해결해 전 국민이 물을 맘껏 쓸 수 있는 날이 오면 좋겠다고 생각했다. 더불어 이 기술들을 전 세계에 수출해 물 부족으로 고통 받고 있는 전 인류가 다함께 웃을 날이 빨리 오길 바랐다. 깊은 밤, 한국물대학의 모든 연구실이 늦도록 불이 꺼지지 않는 이유다.

글 : 정영훈 과학칼럼니스트 

[각주-미래 기술]

1) 나노기술기반 역삼투막 해수담수화 기술 : 해수담수화 기술은 블루오션 사업이자 인류사회에 기여할 수 있는 대표적인 산업임. 차세대 해수담수화 핵심기술의 지속적인 개발을 기반으로 플랜트 설계건설과 유지관리 기술 확보를 통해 기술 경쟁력 확보가 유리함. 우리나라는 서울대학교 산학협력단에서 기능성 혼합 탄소나노튜브 역삼투막기술의 개발 및 응용을 진행하고 있음. 5~6년 후 기술 실현이 예상됨.

2) 스마트 워터 그리드 시스템 : 첨단정보통신기술을 이용해 용수관리 인프라를 경제적이고 효율적으로 관리할 수 있는 시스템. 기후변화에 적극 대처해 지속적이고 안정적인 용수공급이 가능함. 국토해양부에서는 스마트 워터 그리드 기술개발에 대해 2016년까지 기술개발단계, 2023년까지 실증단계, 2030년까지 선도단계로 전망하고 있음.

참고 : <KISTI 미래백서 2013>

 

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한반도의 가장 동쪽 끝, 독도. 일반인이 이 땅을 밟을 수 있게 된 건 2005년 3월 26일 독도 관광이 시작되면서부터다. 비록 30분 정도만 머물러 선착장 주변을 둘러보는 것이 전부지만, 날씨가 허락하는 한 이곳에 가겠다는 사람들이 줄을 선다. 이들 관광객을 태운 배가 섬에 도착하면 섬에 살고 있는 주민이 바빠진다. 배에 싣고 온 물통을 옮기기 위해서다. 이 물통에는 독도주민을 위한 식수가 담겨져 있다. 독도에는 바닷물을 민물로 만드는 담수화 플랜트가 있지만, 아무래도 그 양이 충분치는 않다.

독도에는 물뿐 아니라 전기도 귀하다. 최근에는 태양광발전 설비가 설치돼 전기를 생산하기도 하지만, 이전까지는 디젤발전기를 돌려 전기를 만들었다. 145kW급 디젤발전기를 가동하는 데 드는 기름은 연간 17만L. 이는 모두 육지에서 가져와야 한다. 아직 사람이 정착하기 어려운 땅, 독도를 보며 인류 공통의 걱정거리가 떠오른다. 바로 물과 에너지다.

지구의 약 70%가 물이지만 이중 97.5%는 소금물이다. 식수나 공업용수로 사용할 수 있는 민물, 즉 담수는 2.5%에 불과하다. 그러나 이마저도 다 사용할 수는 없다. 담수의 대부분은 남극과 그린란드의 빙하로, 일부는 토양수나 지하수로 존재하기 때문이다. 이렇게 다 빼고 나면 인간이 직접 사용할 수 있는 물은 담수의 약 0.007%뿐이다.

하지만 이 적은 양의 담수도 세계에 골고루 나눠져 있지 않다. 또 사람이 사용할 수 있는 물은 점점 줄어들고 있다. 이미 아프리카 주민 5억여 명은 물 부족에 시달리고 있고, 2030년 정도가 되면 전 세계 인구의 절반이 물 부족 현상을 겪을 것이라는 예측도 나온다. 우리나라도 UN이 지정한 물부족 국가 중 하나라 마음 놓고 있을 수만은 없다.

이미 사막이 많은 지역에서는 지구의 70%의 물이 있는 바다로 눈을 돌렸다. 바닷물에서 소금기를 제거해 민물로 만들면 사람이 사용할 수 있기 때문이다. 이를 해수담수화라고 부르는데, 이 방법으로는 대표적인 것이 증류법이다. 바닷물을 끓이면 소금기만 남고 수분이 증발하게 되는데, 이 증기를 다시 물로 만드는 방식이다. 이밖에 특수한 막을 사용하는 막분리법과 바닷물을 얼려서 물과 소금기를 분리하는 냉동법도 있다.

우리나라는 증류법을 이용한 담수화기술 분야에서 세계 최고 수준을 유지하고 있다. 하지만 이 방법을 사용하려면 많은 양의 에너지가 필요하다. 이때 사용되는 에너지원도 주로 화석연료라 온실가스 배출 등의 환경오염이 발생한다. 그래서 원자력을 이용해 환경오염 없이 해수를 담수화하는 원자력 기술이 주목받았다.

원자력발전은 원자로에서 우라늄이 핵분열할 때 생기는 에너지로 물을 끓여 증기를 만들고, 이 증기로 터빈을 돌려 전기를 만든다. 원자력 해수담수화 기술은 원자력 에너지로 얻은 증기로 터빈을 돌리는 대신 바닷물을 끓여서 민물로 바꾸는 방법이다. 이 두 가지를 함께 할 수 있을까? 우리나라가 1997년부터 개발하기 시작한 중소형 원자로, SMART(System-integrated Modular Advanced ReacTor, 스마트)를 이용하면 가능하다.

스마트 원자로는는 한국원자력연구원이 독자적으로 개발한 원자로로, 원자력발전으로 전기를 생산하는 동시에 바닷물을 민물로 바꿀 수 있다. 이 원자로에서 발생하는 열 출력은 330MW에 이르며, 이를 이용해 하루에 9만kW의 전기와 4만톤의 담수를 생산할 수 있다. 인구 10만 명 규모의 도시에 전기와 물을 함께 공급하기 좋은 크기인 셈이다. 그래서 대형 원자력발전소가 필요 없으면서 물 부족을 겪는 동남아시아나 중동 지역 등의 섬나라와 사막에서 효과를 볼 수 있다.

스마트 원자로는 일반 대형 원자력발전시설보다 안정성이 높다고 알려져 있다. 가압기나 냉각펌프, 증기발생기 등이 한 개의 압력용기 안에 들어있는 일체형이기 때문이다. 각각을 연결하는 배관이 없으니 배관이 파열돼 대형사고가 나는 것도 막을 수 있고, 방사능 물질이 외부에 누출될 가능성도 적다. 또 일체형이라 공장에서 완제품을 제작하고 현장에서 바로 설치할 수도 있다. 덕분에 품질도 유지할 수 있고, 발전시설을 건설하는 기간도 단축할 수 있다.

국제원자력기구(IAEA)는 향후 중소형 원자로 시장이 해수담수화용 1,000억 달러 규모, 소규모 전력생산용 2,500억 달러 규모로 늘어날 본다. 소규모 전력 생산과 해수담수화 기능이 모두 있는 스마트 원자로에게는 희소식이다. 만약 스마트 원자로를 해외로 수출하게 되면 원전 수출의 이익과 기술 수출, 산업체 동반 진출 등 부가가치도 얻을 수 있을 것으로 기대된다.

한국원자력연구원은 2010년에 원자로의 노심과 냉각계통, 안전계통의 표준설계를 마치고 기술 검증을 수행할 예정이다. 또 2011년에는 표준설계 인가를 받고, 2012년에는 스마트 원자로가 들어설 부지를 선정해 2017년까지 스마트 원자로 1호기를 완공하겠다는 목표를 세우고 있다. 최근에는 한국전력, 포스코 등 국내 13개 기업이 민간 컨소시엄을 구성했다. 이들이 총사업비 1,700억원 가운데 1,000억원을 부담하기로 해 스마트 원자로 건설에 더욱 탄력이 붙을 전망이다.

스마트 원자로는 물 부족 현상을 해결하면서 전기도 생산할 수 있는 꿈의 원자로다. 어서 이 원자로를 완성해 물과 전기가 귀한 섬이나 사막에 설치할 수 있길 바란다. 그날이 오면 우리땅 독도에서도 물과 전기 걱정 없이 살 수 있지 않을까. 물론 독도에 스마트 원자로를 설치할 수 있을지는 따져봐야 하지만 말이다.

글 : 박태진 과학칼럼니스트
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