물 부족, 어떤 기술들이 있을까
박테리아,나노기술 방법 등이 있어
워터 사이언스(water science)라는 신조어가 생겼다. 앞으로 닥쳐올 물 부족 문제를 해결하기 위한 기술을 전문적으로 다루는 과학이다.
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| ▲ 최근 미국의 항공우주국(NASA)은 우주탐험보다 기후변화와 물 부족 문제에 관심을 기울이고 있다. ⓒNASA |
수십 년 뒤, 세계는 재앙과도 같은 물 부족 위기에 처할 수도 있다. 오랫동안, 전문가들은 기술적 난제와 인구라는 명백한 요소 때문에, 이 문제에 대한 답을 내놓을 수 없었다. 그러나 미래 예측 전문지 트렌드 메가진(Trend Magazine)은 급속한 기술 발전으로 물 부족에 대한 대안이 제시되고 있다고 보도했다.
지금 물은 당연히 얻을 수 있는 자원이다. 수도꼭지만 열면 끊임없이 흐르는 저렴한 물을 이용할 수 있다. 실제로 전 세계의 담수 공급량은 향후 세계 인구가 아무리 늘어난다 해도 그 수요를 충당하고도 남는다.
문제는 분배에 있다. 미국의 많은 지역에서 물은 사실상 무료나 다름없지만 캘리포니아 남부 지역은 그렇지 않다. 중동은 물론 중국 일부 지역과 인도에서는 절대적으로 물이 부족하다. 전 세계적으로 약 10억 명의 사람들이 충분한 식수 공급에 어려움을 겪고 있다.
현재 전 세계 인구는 하루 4.5조 입방미터의 물을 사용한다. 2030년이 되면 사용량은 하루 7조 입방 미터 가까이 증가할 것으로 예상된다. 이는 앞으로 환경을 파괴하지 않고 지속될 경우 청정수의 40%가 더 필요하다는 이야기다.
청정수 가운데 70% 이상이 농작물 관개용수로 사용된다. 그 외에 16%는 산업용이고, 나머지 14%는 마시는데, 그리고 요리, 목욕, 세탁과 같은 가정용으로 사용된다.
2025년, 18억 명이 물 부족에 시달릴 것”
세계자원연구소(The World Resources Institute)에 따르면, 2025년이 되면, 18억 명의 사람들이 물 부족 국가 또는 지역에서 살게 된다. 우리나라도 물 부족 국가로 분류된다. 그러면 이러한 물 부족 문제를 타개할 수 있는 기술은 무엇이 있을까?
현재 상당한 주목을 받고 있는 한 핵심 분야는 담수화다. 세계적으로 공급되는 수자원 중 3%만이 식용이나 농업용으로 적합하다. 따라서 바닷물과 지하염수로 구성된 나머지 97%를 잘 이용하면 물 부족을 해결할 수 있다.
바닷물에서 신선한 물을 만들어내는 종래의 방법은 ‘역삼투’ 방식이다. 그러나 이 과정은 상당한 양의 에너지가 필요하고, 또한 온실가스 방출에 대한 우려도 증가하면서 적절한 대안으로는 적합하지 않다.
다른 대안으로 ‘증발식 담수화’가 다시 주목을 받고 있다. 이 방식도 엄청난 에너지를 필요로 한다. 그래서 그다지 효율적인 방법이 아니었다. 하지만 이 방식이 사실상 무료나 다름없는 에너지원을 활용하기 위해 진행되는 계획으로 바뀔 수 있다. 바로 핵 원자로에서 방출되는 열이다. 이 열로 바닷물을 증발시키면 된다.
지금 물은 당연히 얻을 수 있는 자원이다. 수도꼭지만 열면 끊임없이 흐르는 저렴한 물을 이용할 수 있다. 실제로 전 세계의 담수 공급량은 향후 세계 인구가 아무리 늘어난다 해도 그 수요를 충당하고도 남는다.
문제는 분배에 있다. 미국의 많은 지역에서 물은 사실상 무료나 다름없지만 캘리포니아 남부 지역은 그렇지 않다. 중동은 물론 중국 일부 지역과 인도에서는 절대적으로 물이 부족하다. 전 세계적으로 약 10억 명의 사람들이 충분한 식수 공급에 어려움을 겪고 있다.
현재 전 세계 인구는 하루 4.5조 입방미터의 물을 사용한다. 2030년이 되면 사용량은 하루 7조 입방 미터 가까이 증가할 것으로 예상된다. 이는 앞으로 환경을 파괴하지 않고 지속될 경우 청정수의 40%가 더 필요하다는 이야기다.
청정수 가운데 70% 이상이 농작물 관개용수로 사용된다. 그 외에 16%는 산업용이고, 나머지 14%는 마시는데, 그리고 요리, 목욕, 세탁과 같은 가정용으로 사용된다.
2025년, 18억 명이 물 부족에 시달릴 것”
세계자원연구소(The World Resources Institute)에 따르면, 2025년이 되면, 18억 명의 사람들이 물 부족 국가 또는 지역에서 살게 된다. 우리나라도 물 부족 국가로 분류된다. 그러면 이러한 물 부족 문제를 타개할 수 있는 기술은 무엇이 있을까?
현재 상당한 주목을 받고 있는 한 핵심 분야는 담수화다. 세계적으로 공급되는 수자원 중 3%만이 식용이나 농업용으로 적합하다. 따라서 바닷물과 지하염수로 구성된 나머지 97%를 잘 이용하면 물 부족을 해결할 수 있다.
바닷물에서 신선한 물을 만들어내는 종래의 방법은 ‘역삼투’ 방식이다. 그러나 이 과정은 상당한 양의 에너지가 필요하고, 또한 온실가스 방출에 대한 우려도 증가하면서 적절한 대안으로는 적합하지 않다.
다른 대안으로 ‘증발식 담수화’가 다시 주목을 받고 있다. 이 방식도 엄청난 에너지를 필요로 한다. 그래서 그다지 효율적인 방법이 아니었다. 하지만 이 방식이 사실상 무료나 다름없는 에너지원을 활용하기 위해 진행되는 계획으로 바뀔 수 있다. 바로 핵 원자로에서 방출되는 열이다. 이 열로 바닷물을 증발시키면 된다.
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| ▲ 수 십년 뒤 인구는 물 부족이라는 커다란 재앙에 직면할 수도 있다. 2025년이면 세계 인구 가운데 18억 명이 물 부족에 시달릴 것이라는 발표가 나왔다. 그러나 해결책도 계속 등장하고 있다. ⓒ유네스코 |
원자력 에너지로 담수화 공장 만들어
물 부족으로 시달리는 인도 과학자들은 인구가 많은 해안 부근에 해상 원자력발전소를 계획하고 있다. 발전소는 전력을 생산해내는 것은 물론 초과된 열기를 사용해 담수화 공장을 가동시키게 된다.
원자력 에너지가 담수를 생산한다는 아이디어는 전 마이크로 소프트 회장인 빌 게이츠였다. 게이츠는 자금을 지원해왔으며 테라파워(TerraPower)라는 신생기업에 투자하고 있다. 이 회사는 소위 ‘진행파(traveling wave) 원자로’를 계획하고 있다. 손상되지 않은 폐연료봉을 사용하면 수십 년 동안 가동시킬 수 있다.
또 다른 담수화 방법으로 ‘축전식 탈염 기술’이 있다. 증발식 담수화보다 더 효율적이다. 이 방법은 전하를 활용해 물속에 있는 이온을 분리시키며, 분리된 이온은 전극에 흡수된다. 이 기술은 40년 전에 고안되었다. 그러나 최근 전기화학의 발전으로 상업화가 가능하게 되었다.
박테리아를 활용해서 전력과 신선한 물을 얻어
더 좋은 방법이 있다. 박테리아를 활용해 폐수와 바닷물을 100% 순수한 물로 만들어내는 기술이다. 급부상하고 있는 이 기술은 미생물 전기분해 전지를 사용해 에너지를 생산한다. 전지에서 자연적으로 생겨난 박테리아가 폐수를 수소와 산소로 바꾼다.
그 과정은 바닷물과 강물의 이온 차이를 활용해 효과적으로 수소 연료를 만들어낼 수 있는 역전기분해(RED) 방식을 활용한다. 고효율 연료전지를 통해 발생하는 수소를 활용한 전력과 신선한 물은 거의 모든 곳에서 생산될 수 있다. 이러한 연구는 아랍 국가 전체에 신선한 물을 풍부하게 공급할 수 있는 방법으로 사우디 정부의 재정적 지원을 받아왔다.
나노기술이 근본적인 해결책으로 등장
나노 기술을 이용해 광범위한 지역에 저렴하게 공급할 수 있는 방안도 추진되고 있다. UCLA의 연구진은 기존의 역삼투압 과정을 개선한 또 다른 담수화 방식을 연구 중이다. 축전식 탈염 기술과 마찬가지로, 에너지를 많이 사용하지 않는다.
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| ▲ 과학자들은 나노기술이 물 부족 문제를 해결할 수 있는 가장 좋은 방법으로 생각하고 있다. 나노입자를 통해 물분자를 분리시키는 방법이다. ⓒ스탠퍼드 대학 |
인도 과학자들은 탄소 나노튜브를 실험하고 있다. 나노튜브는 속이 빈 탄소 섬유로 머리카락 굵기의 10억 분의 1보다도 더 가늘다. 이는 물처럼 튜브를 통과할 수 있는 아주 작은 분자만을 허용한다. 바이러스, 박테리아, 유독성 금속이온, 그리고 유해한 유기분자와 같은 커다란 입자는 통과할 수 없다.
물 부족 해결책은 예상치 못했던 연구 분야에서 나타나고 있다. 그 중 한 가지 가능성은 바로 바나나 껍질이다. 연구자들은 잘게 썬 바나나 껍질이 물에서 납과 구리처럼 인체에 유해할 가능성이 있는 물질을 제거하는데 있어 다른 정제 물질보다 훨씬 효과가 우수하다는 사실을 알아냈다.
전문가들은 나노기술에 기대를 걸고 있다. 2025년이 되면 나노기술을 통해 값싸고 신선한 물을 공급할 수 있을 것으로 전망하고 있다. 캐나다의 솔트웍스(Saltworks)라는 한 신생기업은 담수화에 드는 에너지 비용을 80% 줄여주는 획기적인 나노기술을 개발했다.
이 외에도 지난 10년 동안 수십 가지의 다양한 기술들이 괄목할 만한 발전을 보여, 앞으로 10년 뒤 인류가 처하게 될 실질적인 세계적 물 부족 위기를 해결하는 데 도움을 주고 있다.
물은 고갈되는 에너지가 아니다. 지구가 보유하고 있는 물의 양은 거의 일정하다. 대다수 국가는 사람들의 수요를 충족시킬 만큼 물이 풍부하다. 다만 깨끗한 물이 부족할 수 있다는 것이다. 저비용으로 깨끗한 물을 만들어낼 수 있는 기술들이 많이 나오고 있다.
물 부족 해결책은 예상치 못했던 연구 분야에서 나타나고 있다. 그 중 한 가지 가능성은 바로 바나나 껍질이다. 연구자들은 잘게 썬 바나나 껍질이 물에서 납과 구리처럼 인체에 유해할 가능성이 있는 물질을 제거하는데 있어 다른 정제 물질보다 훨씬 효과가 우수하다는 사실을 알아냈다.
전문가들은 나노기술에 기대를 걸고 있다. 2025년이 되면 나노기술을 통해 값싸고 신선한 물을 공급할 수 있을 것으로 전망하고 있다. 캐나다의 솔트웍스(Saltworks)라는 한 신생기업은 담수화에 드는 에너지 비용을 80% 줄여주는 획기적인 나노기술을 개발했다.
이 외에도 지난 10년 동안 수십 가지의 다양한 기술들이 괄목할 만한 발전을 보여, 앞으로 10년 뒤 인류가 처하게 될 실질적인 세계적 물 부족 위기를 해결하는 데 도움을 주고 있다.
물은 고갈되는 에너지가 아니다. 지구가 보유하고 있는 물의 양은 거의 일정하다. 대다수 국가는 사람들의 수요를 충족시킬 만큼 물이 풍부하다. 다만 깨끗한 물이 부족할 수 있다는 것이다. 저비용으로 깨끗한 물을 만들어낼 수 있는 기술들이 많이 나오고 있다.
 저작권자 2012.07.27 ⓒ ScienceTimes |
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