물 부족 해결사 해수 담수화, 숨겨진 비용은 얼마?

세계 물 부족의 해결사, 해수담수화 기술

물 부족은 더 이상 일부 국가만의 문제가 아닙니다. 이스라엘은 이러한 위기에 맞서 국가 식수의 60% 이상을 해수담수화로 공급하며 해결책을 제시합니다. 바닷물을 인간이 마실 수 있는 깨끗한 물로 바꾸는 이 기술은 미래 물 안보의 핵심으로 자리 잡고 있습니다. 특히 사우디아라비아는 세계 최대 규모의 해수담수화 시설을 운영하며 안정적인 물 공급망을 구축했습니다.

핵심 기술: 증발법과 역삼투압법

해수담수화 기술은 크게 두 가지 방식으로 발전해왔습니다. 과거 중동 국가들이 대규모 플랜트에 주로 활용했던 다단증발법(MSF)은 바닷물을 가열해 증기를 냉각시켜 담수를 얻는 원리입니다. 하지만 이 방식은 막대한 에너지를 소모한다는 한계가 있었습니다.

1980년대부터는 역삼투압(RO) 방식이 전 세계적인 표준으로 떠올랐습니다. 이 기술은 특수 분리막에 높은 압력을 가해 소금과 같은 용질은 걸러내고 순수한 물만 통과시키는 원리를 이용합니다. 역삼투압법의 가장 큰 장점은 증발법 대비 에너지 소비가 훨씬 적다는 점입니다. 이러한 효율성 덕분에 현재 대부분의 담수화 플랜트는 역삼투압 기술을 기반으로 건설됩니다.

두 기술의 주요 특징은 다음과 같이 정리할 수 있습니다.

• 다단증발법(MSF): 전통적인 방식으로, 대규모 설비에 적합하지만 에너지 소모량이 많습니다.
• 역삼투압법(RO): 높은 에너지 효율로 현재 가장 널리 사용되는 보편적인 기술입니다.

해수담수화의 그림자: 막대한 에너지 비용과 해양 생태계의 비명

물 부족 문제의 해결책으로 주목받는 해수담수화 기술이지만, 그 이면에는 심각한 경제적, 환경적 대가가 따릅니다. 특히 막대한 에너지 소비와 그로 인한 탄소 배출, 그리고 해양 생태계를 위협하는 농축염수 배출은 가장 큰 문제점으로 지적됩니다.

가장 널리 사용되는 역삼투압(RO) 방식은 엄청난 양의 전력을 필요로 합니다. 이 에너지를 생산하기 위해 화석연료를 사용하게 되면, 결국 담수를 얻는 과정에서 다량의 온실가스가 배출되는 모순이 발생합니다. 높은 에너지 비용은 그대로 설비 운영비 증가로 이어져 담수 생산 단가를 높이는 주요 원인이 됩니다.

더 큰 문제는 담수 생산 후 남는 ‘농축염수’입니다. 이는 일반 바닷물보다 염분 농도가 훨씬 높고 수온도 높아 그대로 바다에 방류될 경우 해양 생태계에 치명적인 영향을 미칩니다. 농축염수 배출이 초래하는 주요 문제는 다음과 같습니다.

• 염분 농도 증가: 주변 해역의 염분 농도를 급격히 높여 해양 생물의 삼투압 조절 기능에 스트레스를 주고 생존을 위협합니다.
• 용존 산소량 감소: 농축염수는 온도가 높아 주변 해역의 용존 산소량을 감소시켜 해양 생물의 호흡을 어렵게 만듭니다.
• 화학 물질 오염: 담수화 전처리 과정에서 사용된 화학 약품이 농축염수에 섞여 배출되면서 해양을 오염시킬 수 있습니다.

바닷물이 식수가 되는 4단계 핵심 공정

해수담수화는 단순히 바닷물에서 소금만 빼내는 과정이 아닙니다. 여러 단계를 거치는 정교한 과학 기술의 집약체입니다. 이 과정의 핵심에는 역삼투압(RO) 방식과 다단증발법(MSF)이라는 두 가지 주요 기술이 존재합니다.

핵심 기술: 역삼투압(RO)과 다단증발법(MSF)

역삼투압법은 아주 미세한 필터인 반투막을 사용하는 원리입니다. 바닷물에 높은 압력을 가하여 순수한 물 분자만 반투막을 통과시키고, 소금이나 다른 불순물은 걸러내는 방식입니다. 현재 가장 널리 쓰이는 효율적인 기술입니다. 반면 다단증발법은 전통적인 방법으로, 해수를 가열하여 증기를 만들어내는 원리를 이용합니다. 고온, 고압의 해수를 압력이 낮은 여러 단계를 거치게 하면 물이 쉽게 증발하는데, 이 수증기를 모아 응축시키면 순수한 물을 얻을 수 있습니다.

해수담수화 4단계 상세 공정

실제 담수화 플랜트에서는 다음과 같은 4단계 공정을 거쳐 식수를 생산합니다.

1. 해수 취수: 바다에서 직접 원수인 바닷물을 끌어오는 첫 단계입니다.
2. 전처리: 취수한 해수에 섞여 있는 모래, 부유물, 미세먼지 등 각종 이물질을 제거합니다. 이는 이후 진행될 핵심 설비의 손상을 막고 효율을 높이는 중요한 과정입니다.
3. 염분 제거: 전처리를 마친 해수는 이 공정의 심장부로 이동합니다. 여기서 역삼투압(RO) 또는 증발법(MSF) 기술을 적용하여 바닷물에서 염분을 분리해냅니다.
4. 후처리: 염분이 제거된 순수한 물은 아직 마시기에 적합하지 않습니다. 인체에 필요한 미네랄을 보충하고, 위생을 위해 소독 처리를 거쳐 비로소 안전한 식수로 완성됩니다. 이 과정에서 발생한 농축염수는 환경 규제에 맞춰 처리 후 배출합니다.

해수담수화 기술의 미래와 K-water의 역할

해수담수화 기술은 미래 물 부족 문제의 핵심 해결책으로 주목받고 있습니다. 하지만 에너지 효율 향상, 재생에너지 활용, 그리고 농축염수 처리 개선이라는 중요한 과제를 안고 있습니다. 이러한 기술적 장벽을 넘어야 지속 가능한 물 공급원으로 자리 잡을 수 있습니다. 현재 국내에서는 다양한 혁신 기술이 연구되고 있습니다.

차세대 담수화 기술 연구 동향

현재 주목받는 주요 신기술은 다음과 같습니다.

• 축전식 해수담수화(CDI): 전극에 염분을 직접 흡착시켜 제거하는 방식으로, 기존 방식보다 에너지 소모가 적은 장점이 있습니다.
• 가스 하이드레이트 기술: 가스와 바닷물을 함께 얼려 순수한 물 분자만으로 이루어진 고체를 만든 뒤, 이를 녹여 담수를 얻는 새로운 개념의 기술입니다.

국내 현황과 물 복지 증진

국내에서는 2010년 기준으로 이미 72개소의 해수담수화 시설이 운영 중이며, 대부분은 하루 생산량 1,000톤 이하의 소규모 시설입니다. 특히 한국수자원공사(K-water)는 2025년 기준 도서지역 주민들을 위한 해수담수화 시설을 수탁 운영하며 안정적인 물 공급에 힘쓰고 있습니다. 이는 단순한 기술 개발을 넘어, 국민의 삶의 질을 높이는 물 복지 증진에 크게 기여하는 것입니다.