물은 선진국의 많은 사람들이 당연하게 여기는 자원입니다. 수도꼭지만 돌리면 깨끗하고 마실 수 있는 물을 끝없이 공급받을 수 있습니다. 하지만 전 세계 수십억 명의 사람들에게는 이것이 현실이 아닙니다. 급격한 인구 증가와 도시화, 농업, 산업, 에너지 부문의 물 소비량 증가로 인해 물 부족 문제를 겪고 있는 국가가 점점 더 많아지고 있습니다. 2050년까지 전 세계 인구가 97억 명으로 증가할 것으로 예상됨에 따라 지속 가능한 담수 공급원의 필요성이 점점 더 시급해지고 있습니다.
2030년까지 전 세계적으로 담수 자원이 40% 부족할 것으로 예상되는 등 물 부족 현상이 심화되어 지역사회뿐만 아니라 식량 생산과 경제를 위협할 것으로 예상됩니다. 세계자원연구소는 사하라 이남 아프리카에서만 금세기 중반까지 물 수요가 무려 163% 증가하여 가용 공급량을 앞지르고 심각한 물 부족 사태가 발생할 것으로 예상하고 있습니다. 그러나 이 엄청난 규모의 문제에도 불구하고 담수화라는 새로운 해결책이 희망을 제시하고 있습니다.
담수화의 약속
담수를 생산하기 위해 바닷물에서 염분을 제거하는 담수화 공정은 전 세계적으로 증가하는 물 수요에 대한 지속 가능한 해답을 제공할 수 있습니다. 바다는 지구 표면의 거의 3분의 2를 덮고 있고 96.5%의 물을 함유하고 있기 때문에 이 자원을 활용하는 것은 물 부족 문제를 해결하기 위한 당연한 단계처럼 보입니다. 담수화만으로는 만병통치약이 될 수는 없지만, 수십억 명의 사람들에게 깨끗하고 안전한 식수를 공급하는 데 중요한 역할을 할 수 있습니다.
두 가지 주요 담수화 방법은 역삼투압과 다단 플래시 증류입니다. 역삼투압은 에너지 효율이 더 높고 반투과성 멤브레인을 사용하여 바닷물에서 염분과 불순물을 걸러냅니다. 반면 다단 플래시 증류는 증기 열과 압력 변화를 이용해 물을 증발시키고 짠 소금물을 남깁니다. 두 방법 모두 사용 가능한 담수를 생성하지만, 상당한 양의 에너지가 필요하고 염수를 생성하므로 제대로 관리하지 않으면 해양 생태계에 해를 끼칠 수 있습니다.
담수화 기술의 혁신
담수화의 주요 과제 중 하나는 전통적으로 화석 연료로 구동되는 높은 에너지 소비였습니다. 하지만 최근의 혁신으로 인해 이 공정과 관련된 에너지 및 환경 비용이 줄어들고 있습니다.
원카 테크놀로지스가 개발한 파력 발전 담수화는 재생 에너지가 이 분야를 어떻게 변화시키고 있는지를 보여주는 대표적인 예입니다. 이 시스템은 해저에 고정된 부표를 사용하여 파도 에너지를 활용하여 담수화 공정을 구동합니다. 이 혁신은 화석 연료 기반 전력의 필요성을 없애고 기존 담수화 플랜트의 탄소 발자국을 줄입니다. 또한 파력 발전 시스템은 기존 플랜트보다 90% 적은 해안 토지를 필요로 하므로 지역 생태계에 덜 침범합니다.
태양열 담수화는 또 다른 유망한 개발 분야입니다. 킹스 칼리지 런던, MIT, 헬름홀츠 연구소의 연구원들은 특수 멤브레인을 사용하여 태양 에너지를 이용해 바닷물에서 소금 이온을 분리하는 방법을 개척했습니다. 네덜란드의 스타트업 Desolenator는 이 개념을 한 단계 더 발전시켜 완전 순환식 태양열 담수화 시스템을 제공합니다. 이 기술은 유해한 화학 물질을 사용하지 않고 액체 배출 없이 매일 최대 25만 리터의 담수를 생산합니다. 데솔레네이터의 사명은 환경 파괴를 악화시키지 않으면서 물 부족 지역의 지역사회와 기업에 물 안보를 제공하는 것입니다.
담수화의 경제성
에너지 효율은 크게 개선되었지만, 담수화는 여전히 전통적인 수자원에 비해 비용이 많이 듭니다. 가장 널리 사용되는 담수화 방법인 역삼투압은 1970년대의 20kWh에서 현재 물 1세제곱미터당 약 3.5kWh의 에너지가 필요합니다. 이스라엘의 소렉 B 플랜트와 같은 일부 프로젝트에서는 비용을 세제곱미터당 0.41달러로 낮추어 담수화가 더 실용적인 옵션이 되었습니다.
이러한 발전에도 불구하고 담수화의 광범위한 채택은 높은 자본 투자와 운영 비용으로 인해 방해를 받고 있습니다. 미국과 같은 지역에서는 담수화를 통해 모든 가정용 물을 공급하면 가정용 전기 소비량이 약 13% 증가합니다. 저소득 국가에서는 이 수치가 훨씬 더 높아져 많은 농촌 지역이나 에너지 빈곤 지역에서는 담수화가 비현실적입니다.
그러나 담수화의 경제성은 가장 필수적인 수요인 식수에 집중할 때 극적으로 개선됩니다. 세계보건기구가 권장하는 1인당 하루 50리터의 식수를 공급하려면 전 세계적으로 현재 전 세계 전력 생산량의 약 1.7%에 해당하는 511TWh의 전기가 추가로 필요합니다. 한 사람이 1년 동안 사용할 수 있는 식수를 생산하는 데 드는 비용은 놀랍게도 2.30달러로, 많은 국가에서 생수 한 병 가격보다 저렴합니다.
농업에서의 담수화: 여전히 해결해야 할 과제
담수화는 식수 공급에 있어 큰 가능성을 보여주지만, 농업에서의 사용은 더 많은 문제를 야기합니다. 농업은 전 세계 담수 취수량의 약 70%를 차지하며, 가장 많은 물을 소비하는 분야 중 하나입니다. 그러나 담수화된 물의 높은 비용 때문에 밀이나 옥수수와 같은 주식 작물을 관개하는 데는 부적합하며, 물 비용이 작물 자체의 가치를 훨씬 초과할 수 있습니다.
예를 들어 밀 1kg을 생산하려면 약 650리터의 물이 필요합니다. 이를 위해 담수화된 물을 사용하면 현재 밀 시장 가격의 3배가 넘는 비용이 들기 때문에 경제적으로 실현 불가능합니다. 담수화는 고부가가치 작물이나 실내 농업 기술로 물 사용량을 줄일 수 있는 지역에서 중요한 역할을 할 수 있지만, 농업용수 수요에 대한 대규모 해결책이 되기는 어려울 것입니다.
물 위기 방지를 위한 담수화의 역할
기후 변화가 가속화되고 인구가 증가함에 따라 전 세계는 임박한 물 위기에 직면해 있습니다. 풍부한 바닷물을 식수로 전환하는 담수화는 중요한 생명줄을 제공합니다. 하지만 그 잠재력을 완전히 실현하려면 에너지 소비와 환경에 미치는 영향을 줄이기 위한 지속적인 혁신이 필요합니다.
파도와 태양열을 이용한 담수화 기술은 이미 담수화가 지속 가능하고 비용 효율적일 수 있다는 것을 증명하고 있습니다. 이러한 기술이 성숙하고 규모가 확대됨에 따라 담수화는 특히 이미 물 부족을 겪고 있는 지역에서 물 부족을 방지하는 핵심 도구가 될 수 있습니다. 담수화가 만병통치약은 아니지만, 미래 세대를 위한 물 안보를 보장하기 위한 전 세계적인 노력에서 담수화가 중심적인 역할을 할 것임은 의심의 여지가 없습니다.
담수에 대한 접근성이 점점 더 제한되고 있는 세계에서 담수화는 물 부족에 대처하는 데 필요한 생명줄일 수 있습니다.