바다의 잠재력 활용 : 해수담수화의 원리와 장단점, 해수담수화 기업

 지구 온난화로 인한 세계 여러 나라들의 물 부족은 더욱 심각한 문제가 되고 있습니다. 특히 건조한 중동지역에서는 이 문제를 해결하기 위해 해수담수화가 유망한 솔루션으로 이미 많은 시설을 보유하고 있습니다. 우리나라의 섬지방에도 가뭄이 심각하여 해수담수화가 필요한 해결책으로 떠오르고 있습니다. 오늘은 물부족 해결의 솔루션인 해수 담수화에 대한 원리와 장단점, 우리나라 LG화학이 이스라엘 담수화 프로젝트에 참여한 소식에 대해 알아보기로 하겠습니다.

해수담수화란?

 해수담수화는 바닷물에서 염분 및 기타 불순물을 제거하여 우리들이 쓸 수 있는 식수 및 생활용수, 공업용수 등으로 만들어 내는 과정을 말하며, 이러한 기술을 담수화 기술이라고 합니다.

해수담수화의 원리

해수담수화의 원리는 물에서 염분 및 기타 용해된 고형물을 분리하여 담수를 얻는 것이랍니다.

1. 증류법 - 가장 오래된 담수화 기술로, 바닷물을 수증기가 되는 온도 이상으로 가열하여 증기를 생성한 다음 그 증기를 응축하여 담수를 얻는 방법입니다. 소금과 기타 불순물은 염수로 남아있습니다. 증류는 역삼투에 비해 에너지 집약적일 수 있으므로 역삼투가 담수화에 더 일반적으로 사용됩니다.

2. 냉동법 - 바닷물이 얼음이 될 때 바닷물에 들어있는 염분은 빠지고 순수한 물만 얼음이 되는 원리를 이용하는 방법이랍니다. 이 방법은 바닷물이 어는점이 낮기 때문에 바닷물을 얼리기가 힘들다는 단점이 있습니다.

3. 전기 투석법 - 분리막을 이용한다는 점에서 역삼투법과 비슷하지만 전기에너지를 사용한다는 점에서 차이가 있습니다.

4. 역삼투암법 

• 전처리: 해수는 먼저 여과 및 침전과 같은 과정을 통해 파편 및 퇴적물과 같은 더 큰 입자를 제거하기 위해 전처리됩니다. 이 단계는 역삼투막이 막히는 것을 방지하는데 도움이 됩니다.
• 역삼투 : 전처리된 해수는 가압되어 역삼투 장치의 일련의 멤브레인으로 공급됩니다. 이 막은 반투과성이어서 염분 및 기타 불순물의 통과를 차단하면서 물 분자는 통과할 수 있습니다. 고압이 가해지면 멤브레인을 통해 물이 강제로 통과하여 농축된 염수 용액이 남습니다.
• 후처리 : 역삼투압 공정에서 얻은 담수에는 여전히 일부 용존 미네랄과 불순물이 포함되어 있어 후처리를 거치게 됩니다. 이 단계에는 물이 원하는 품질 기준을 충족하도록 추가 여과, 소독(ex. 염소 처리) 및 ph 수준 조정이 포함될 수 있습니다.
• 소금물 처리 : 역삼투압을 받고 남은 농축 소금물은 바다로 다시 배출됩니다. 이때 이 소금물은 바닷물보다 밀도가 높고 더 높은 수준의 염분 및 기타 화학 물질을 포함할 수 있으므로 잠재적인 환경 영향을 최소화하기 위해 적절하게 폐기하는 것이 중요합니다.

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해수담수화의 장단점

▶ 장점

1.  물 공급 증가 - 담수화는 특히 바닷물이 풍부한 물이 부족한 해안 지역에서 신뢰할 수 있는 담수 공급원을 제공합니다.
2. 수원의 다양화 - 담수화는 물 공급 포트폴리오를 다양화하여 제한된 담수 자원과 계절적 변화에 대한 의존도를 줄여줍니다.
3. 기후 조건으로부터의 독립성 - 담수화는 강유량에 의존하지 않으며 연중 내내 일관되고 지속적인 물 공급을 제공합니다.
4. 수질 관리 - 담수화는 염분과 불순물을 효과적으로 제거하여 엄격한 기준을 충족하는 고품질 음용수를 생산합니다.

▶ 단점

1. 에너지 사용이 증가 - 담수화 공정, 특히 역삼투압은 상당한 양의 에너지를 필요로 하므로 화석 연료에서 파생되는 경우 더 높은 비용과 환경적 영향을 초래합니다.
2. 환경오염에 영향 - 농축 염수의 폐기와 바닷물의 취수 및 배출은 적절하게 관리되지 않으면 해양 생태계에 약영향을 미칠 수 있습니다.
3. 비용이 많이 든다 - 담수화는 일반적으로 전통적인 수처리 방법보다 비용이 많이 들기 때문에 가난한 나라에서는 접근이 어렵습니다.
4. 담수 폐기물 발생 - 일부 담수화 공정은 일정량의 담수를 낭비하는 결과를 가져오며, 이는 물 부족 지역에서 단점이 될 수 있습니다.

해수담수화 기업 

◎ 우리나라 LG화학의 이스라엘 담수화 프로젝트 참여

 LG화학이 이스라엘 아쉬도드 담수화 프로젝트에 역삼투막 단독 공급 업체로 선정되었다고 합니다. 이는 LG화학의 정수 기술이 이스라엘을 비롯한 지중해권 시장에서 인정받고, 올해 하반기부터 연말까지 총 3만 여 개의 역삼투막을 아쉬도드 담수화 플랜트에 공급 예정, 역삼투막 3만여 개는 연간 1억 톤(하루 33.6만 톤)의 해수를 담수화해 약 110만 명이 사용할 수 있는 물을 생산할 수 있습니다.

'담수화 시설'은 일정한 주기로 역삼투막 필터의 교체 수요가 발생해 지속적인 매출 발생효과가 있어 유망한 사업으로 꼽히며, LG화학의 역삼투막은 바닷물을 통과시키면 염화나트륨 분자 1만 개 중 단 11개만 남을 정도로 염분 제거율(99.89%)이 높다고 합니다. 특히, 박막 나노 복합체(TFN, Thin Film Nanocomposite) 기술로 나노 입자를 막 표면에 입혀 염분 제거율은 유지하면서도 타사 제품보다 유량(flux)은 20% 이상 많다고 합니다. 또한 높은 압력이 필요하지 않아 에너지 절감을 할 수 있는 것도 특징이라고 합니다. 

지중해에서-LG화학-역삼투막으로-생산하는-물의양

 해수담수화는 물 부족을 완화하고 지속 가능한 물의 미래를 보장하는데 엄청난 잠재력을 지니고 있습니다. 역삼투압을 이용한 해수 담수화는  물공급 증가 및 수질 제어와 같은 이점을 제공하지만 에너지 소비 및 환경 영향과 같은 문제도 직면합니다. 그럼에도 불구하고  LG화학과 같은 회사는 담수화 기술이 가진 단점을 보완해 가며 기술 발전을 해서 전 세계 수백만 명이 담수에 접근할 수 있도록 하는데 중요한 역할을 하고 있습니다. 해수담수화가 더욱 발전하여 물 부족에 대한 걱정이 사라지는 날이 왔으면 합니다.