해수를 담수로 바꾸는 담수화는 많은 건조 지역의 생명줄이다. 그러나 기존 방식은 비용이 많이 들고 많은 양의 에너지와 화학물질이 필요했으나 이제 연구원들은 이 과정을 더 저렴하고 지속 가능하게 만들 수 있는 저에너지 담수화 기술의 획기적인 발전을 개발했다.
미국 라이스 대학과 미시간 대학의 과학자들은 추가적인 화학 처리가 필요 없이 일반적인 해수 오염 물질인 붕소를 제거하는 새로운 방법을 고안했다. 탄소 천 전극을 사용하는 이 접근법은 해수담수화 비용을 최대 15%, 즉 처리수 1세제곱미터당 약 20센트까지 절감할 수 있다. 최근 Nature Energy 에 게재된 이 기술은 대규모 해수담수화 플랜트의 연간 수백만 달러 절감 효과를 가져올 수 있다.
오늘날 대부분의 해수담수화 시설은 역삼투압 방식을 사용한다. 역삼투압 방식은 해수를 막을 통과시켜 염분을 제거하는 방식이고 역삼투압 방식은 효과적이지만, 고농도에서 유해할 수 있는 오염물질인 붕소를 제거하지는 못하는 한계가 있다.
붕소를 제거하기 위해 식물은 일반적으로 붕소의 전하를 변화시키는 화학물질을 첨가하여 여과를 용이하게 한다. 이러한 추가 단계는 비용을 증가시키고 더 많은 에너지와 화학물질을 필요로 한다. 이러한 이유로 대규모 해수담수화는 높은 비용을 감당할 수 있는 사우디아라비아나 아랍에미리트와 같은 부유한 국가들에만 국한되어 왔다. 자원이 부족한 국가들은 심각한 물 부족에 직면해 있음에도 불구하고 이 기술을 도입하는 데 어려움을 겪는 경우가 많았다.
역삼투압이 여전히 가장 널리 사용되는 해수담수화 기술이지만, 각기 장단점을 지닌 다른 방법들도 존재한다. 예를 들어, 전기투석은 전기적으로 충전된 막을 사용하여 염분과 기타 이온을 분리하지만, 일반적으로 해수보다 기수에 더 효과적이다. 또 다른 일반적인 방법인 다단계 플래시 증류는 열을 이용해 물을 증발시키고 응축하지만 많은 에너지가 필요하기 때문에 비용이 많이 든다.
새롭게 개발된 저에너지 담수화 기술은 추가적인 화학 물질을 사용하지 않고도 효율적으로 붕소를 제거함으로써 중간적 입장을 제공한다. 추가 여과 단계에 의존하는 기존 방식과 달리, 탄소 천 전극 시스템은 프로세스를 단순화하여 에너지 소비와 운영 비용을 모두 줄여주며 이 과정은 물을 양이온 수소 이온 과 음이온 수산화물 이온으로 분해하는 방식으로 작동한다. 수산화물 이온은 붕소에 부착되어 전하를 변화시키고 그러면 탄소 전극이 음전하를 띤 붕소를 효율적으로 포집하여 정제된 물을 남긴다. 결국 수소 이온과 수산화물 이온이 재결합하여 공정의 효율성이 높아지고 화학적 폐기물도 줄어든다.
심각한 물 부족에 직면한 여러 지역이 이 새로운 기술로부터 상당한 혜택을 볼 수 있으며 북아프리카의 이집트와 알제리와 같은 국가들은 식수 공급을 위해 해수담수화에 크게 의존하고 있지만, 높은 운영 비용으로 인해 해수담수화 용량 확장에 어려움을 겪고 있다. 저에너지 해수담수화 기술을 도입하면 물 생산을 더욱 저렴하고 지속가능하게 만들 수 있을 것으로 전망된다.
전 세계 여러 지역에서 물 부족 현상이 심화됨 에 따라 해수담수화 효율 개선이 매우 중요하다. 저에너지 해수담수화 기술 개발은 획기적인 변화를 가져올 수 있으며, 수백만 명이 담수를 더욱 저렴하고 쉽게 이용할 수 있게 해 줄 것이다. 추가적인 연구와 투자를 통해 이러한 혁신은 우리 시대의 가장 시급한 환경 문제 중 하나를 해결하는 데 도움이 될 것으로 기대된다.
이정은 기자
해수를 담수로 바꾸는 담수화는 많은 건조 지역의 생명줄이다. 그러나 기존 방식은 비용이 많이 들고 많은 양의 에너지와 화학물질이 필요했으나 이제 연구원들은 이 과정을 더 저렴하고 지속 가능하게 만들 수 있는 저에너지 담수화 기술의 획기적인 발전을 개발했다.
미국 라이스 대학과 미시간 대학의 과학자들은 추가적인 화학 처리가 필요 없이 일반적인 해수 오염 물질인 붕소를 제거하는 새로운 방법을 고안했다. 탄소 천 전극을 사용하는 이 접근법은 해수담수화 비용을 최대 15%, 즉 처리수 1세제곱미터당 약 20센트까지 절감할 수 있다. 최근 Nature Energy 에 게재된 이 기술은 대규모 해수담수화 플랜트의 연간 수백만 달러 절감 효과를 가져올 수 있다.
오늘날 대부분의 해수담수화 시설은 역삼투압 방식을 사용한다. 역삼투압 방식은 해수를 막을 통과시켜 염분을 제거하는 방식이고 역삼투압 방식은 효과적이지만, 고농도에서 유해할 수 있는 오염물질인 붕소를 제거하지는 못하는 한계가 있다.
붕소를 제거하기 위해 식물은 일반적으로 붕소의 전하를 변화시키는 화학물질을 첨가하여 여과를 용이하게 한다. 이러한 추가 단계는 비용을 증가시키고 더 많은 에너지와 화학물질을 필요로 한다. 이러한 이유로 대규모 해수담수화는 높은 비용을 감당할 수 있는 사우디아라비아나 아랍에미리트와 같은 부유한 국가들에만 국한되어 왔다. 자원이 부족한 국가들은 심각한 물 부족에 직면해 있음에도 불구하고 이 기술을 도입하는 데 어려움을 겪는 경우가 많았다.
역삼투압이 여전히 가장 널리 사용되는 해수담수화 기술이지만, 각기 장단점을 지닌 다른 방법들도 존재한다. 예를 들어, 전기투석은 전기적으로 충전된 막을 사용하여 염분과 기타 이온을 분리하지만, 일반적으로 해수보다 기수에 더 효과적이다. 또 다른 일반적인 방법인 다단계 플래시 증류는 열을 이용해 물을 증발시키고 응축하지만 많은 에너지가 필요하기 때문에 비용이 많이 든다.
새롭게 개발된 저에너지 담수화 기술은 추가적인 화학 물질을 사용하지 않고도 효율적으로 붕소를 제거함으로써 중간적 입장을 제공한다. 추가 여과 단계에 의존하는 기존 방식과 달리, 탄소 천 전극 시스템은 프로세스를 단순화하여 에너지 소비와 운영 비용을 모두 줄여주며 이 과정은 물을 양이온 수소 이온 과 음이온 수산화물 이온으로 분해하는 방식으로 작동한다. 수산화물 이온은 붕소에 부착되어 전하를 변화시키고 그러면 탄소 전극이 음전하를 띤 붕소를 효율적으로 포집하여 정제된 물을 남긴다. 결국 수소 이온과 수산화물 이온이 재결합하여 공정의 효율성이 높아지고 화학적 폐기물도 줄어든다.
심각한 물 부족에 직면한 여러 지역이 이 새로운 기술로부터 상당한 혜택을 볼 수 있으며 북아프리카의 이집트와 알제리와 같은 국가들은 식수 공급을 위해 해수담수화에 크게 의존하고 있지만, 높은 운영 비용으로 인해 해수담수화 용량 확장에 어려움을 겪고 있다. 저에너지 해수담수화 기술을 도입하면 물 생산을 더욱 저렴하고 지속가능하게 만들 수 있을 것으로 전망된다.
전 세계 여러 지역에서 물 부족 현상이 심화됨 에 따라 해수담수화 효율 개선이 매우 중요하다. 저에너지 해수담수화 기술 개발은 획기적인 변화를 가져올 수 있으며, 수백만 명이 담수를 더욱 저렴하고 쉽게 이용할 수 있게 해 줄 것이다. 추가적인 연구와 투자를 통해 이러한 혁신은 우리 시대의 가장 시급한 환경 문제 중 하나를 해결하는 데 도움이 될 것으로 기대된다.
이정은 기자