해수 담수화 Desalination | 원리와 종류, 용례

 

 

< 기원 및 원리 >

 

물 부족 현상은 벌써 오랜 시간 대두되어 왔던, 지구가 당면한 가장 큰 문제들 가운데 하나이다. 물은 모든 생활, 삶의 영역에서 필수불가결한 요소이기 때문이다.  2025년에는 세계인의 절반이 물 부족을 겪게 되리라는 예측이 벌써 내년의 일로 다가왔다. 물 부족 현상을 해결하기 위해 과학자들이 밀고 있는 손꼽히는 대책으로 해수 담수화가 있다. 해수 담수화는 영어로 Desalination인데, De + Salination으로 염분을 제한다는 뜻을 담고 있다. 바닷물을 일상생활에서 쓰기에는 염분이 지나치게 많기 때문에 바닷물에서 염분과 기타 이물질들을 제거해내어 마실 물, 사용할 물로 정화한다는 아이디어가 바로 해수 담수화의 근간이라고 할 수 있다.

 

 

 

< 종류 >

 

해수 담수화의 방식은 크게 증류, 냉동, 역삼투압으로 구분된다.

 

증류는 바닷물을 가열해 순수한 물만 증발시키는 방법이다. 바닷물을 가열하면 순수한 수증기가 빠져나오고, 그것을 다시 냉각해(액화해) 액체로 만들면 순수한 ‘담수’ 가 된다. 증류하는 데에 너무 큰 에너지가 소모된다는 단점이 있다.

 

냉동은 바닷물을 얼리면 바닷물에 들어있던 염분이 빠지고 순수한 물만 얼음이 된다는 원리에서 기인한 방식이다. 그러나 바닷물은 어는점이 낮아 바닷물을 얼리기가 어렵다는 단점이 있다. 역시 에너지 측면에서 효율성이 떨어지는 방법이다.

 

마지막으로 역삼투압이 있다. 가장 주목받고, 현재로서는 가장 효율적이라고 평가되는 방식이다. '역삼투압' 은  반투막 + 삼투압을 이용해 해수를 담수화하는 방법을 말한다. 역삼투압에 대해 설명하기 전에 반투막과 삼투압의 개념에 대해 알아야 한다.

 

반투막(Semipermeable Membrane)은 특정 분자나 이온만이 삼투를 통해 통과할 수 있도록 하는 생물학적 막을 일컫는다.

 

삼투압(Osmotic Pressure)은 농도가 다른 두 액체를 반투막으로 막아 놓았을 때, 저농도 -> 고농도로 용매가 옮겨 가는 현상이 발생하는데, 그 때 발생하는 두 용매의 압력 차를 말한다.

 

삼투압과 역삼투압의 차이는 가하는 압력의 차이, 그리고 그에 따라 발생하는 반응 방향의 차이이다. 고농도 용액에 삼투압 ‘이상의 압력’ 을 가하면 용매가 기존의 저농도 용액 -> 고농도 용액으로의 이동이 아닌 고농도 용액 -> 저농도 용액 으로 이동하는 현상이 발생한다. 이를 역삼투 현상이라고 하고, 이 때의 압력 차를 역삼투압이라고 한다.

 

역삼투압을 통해 해수에 삼투압의 크기를 뛰어넘는 고압을 가하면 물 분자가 반투막을 통과해 이동하여 저농도를 가진 담수가 된다. 이러한 구조는 아주 높은 필터율을 가져서, 빡빡한 걸러짐을 통과하고 난 곳에는 순수한 물 분자만이 남게 된다.