가장 흔한 담수화 기법은 역삼투법이지만 여기에는 많은 에너지가 필요하다. 이에 연구자들은 생체모방막 담수화시스템 등 다른 방식을 개발하고 있다. 에너지 회수 시스템이나 풍력 등의 지속가능 에너지를 채용, 에너지 사용량을 낮추는 것도 그중 하나다.
지난 6월 영국 런던 벡턴 지역에 들어선 템스 게이트웨이 담수화플랜트는 그중 최신 설비로 매일 40만 가구가 쓸 수 있는 1억4,700만ℓ의 담수를 생산한다.
정삼투
삼투는 농도가 다른 두 액체가 반투막과 접해있을 때 낮은 농도 쪽의 용매가 높은 농도 쪽으로 이동하는 현상이다. 매사추세츠 소재 오아시스가 특허를 낸 시스템은 고농도 암모니아염 용액을 통해 소금물을 물과 소금으로 분리한다. 소금물 속의 물 분자가 암모니아염 용액으로 이동하는 방식이다. 이후 약간의 열을 가해 물에서 암모니아를 제거하면 담수가 생산된다. 이 공정은 역삼투보다 에너지 사용량이 적다.
생체모방막
폴리머막 속의 단백질 채널 '아쿠아포린 (aquaporin)'이 염수를 정제, 담수화한다. 이는 신장이 소변에서 수분을 걸러내는 것과 유사한 메커니즘이다. 게다가 신장에서는 다양한 종류의 아쿠아포린을 얻을 수 있다. 아쿠아포린 단백질은 물을 우선적으로 걸러낸다.
템스 플랜트의 담수화시스템
역삼투
대다수 담수화플랜트는 역삼투 방식으로 해수의 염분을 제거한다. 펌프를 사용, 해수를 폴리아미드 막이 둘러진 대형 실린더 속으로 주입하면 물 분자만 통과되고 소금 분자는 걸러진다. 벡턴 플랜트는 독특한 4단계 역삼투압 공정을 적용, 템스강의 염수를 대량 담수화한다. 기존의 2단계 공정에서는 투입된 염수의 50%만 담수로 전환됐지만 벡톤 플랜트의 경우 무려 85%의 담수화가 가능하다는 게 엔지니어들의 설명이다.
에너지 회수장치
담수화 후 염분이 고도로 쌓인 15%의 해수는 고압상태가 유지된다. 이 압력을 활용, 터빈을 구동시켜 추가 에너지를 얻을 수 있다. 터빈이 생산한 전기로 펌프를 작동시켜 담수화를 위한 새로운 해수를 끌어올리는 것. 워터 담수화 리포트 지의 톰 판크라츠 편집장은 15년 전 에너지 회수장치의 도입으로 해수담수화에 필요한 에너지가 절반으로 줄었다고 추정한다. 과거에는 1,000갤런의 해수담수화에 30kWh의 전력이 투입됐지만 지금은 15kWh 이하면 된다는 것이다.
조력의 활용
해수에 염분이 많을수록 담수화 비용은 올라간다. 벡톤 플랜트의 엔지니어들은 조력에서 해답을 찾았다. 몇 시간의 간조 시간 동안 강어귀의 물을 대형 탱크에 저장하는 것. 간조 때의 물은 일반 해수보다 염도가 3분의 1에 불과하다. 만조가 시작돼 염도가 높아지면 탱크는 펌프의 가동을 멈춘다.
폐수 처리
벡톤 플랜트는 인근의 대형 하수처리장과 공조한다. 15%의 고염도 강물을 하수처리장에서 나온 담수와 섞어 원래의 강물보다 염도를 낮춰 배출하기 때문에 환경적 위해성이 없다.
FAQs
담수화 비용은 얼마나 되나?
일반적으로 도시의 수돗물과 염분이 섞인 물의 담수화 비용은 동일하게 1,000갤런(3,780ℓ)당 1.5달러 선이다. 반면 해수의 담수화에는 1,000갤런당 2.5~3달러의 비용이 들어간다.
미국에도 담수화플랜트가 있나?
A: 약 250개소가 있다. 이 중 약 50%가 플로리다에 위치하며 캘리포니아, 텍사스에도 수십 개소가 존재한다. 플랜트 한 곳의 담수 생산능력은 1일 9만4,500ℓ 이상이다.
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