미래 제2의 석유 ‘물’ 이 점점 귀해지고 있는 가운데, 바닷물을 담수로 전환하는 기술이 주목받고 있다.

전 세계 육지 표면의 71%를 덮고 있는 담수(지하수 포함)는 지구를 덮고 있는 물의 총량의 3%에 불과하다고 한다. 지구 행성 표면을 차지하는 물의 96% 이상이 짠 바닷물이라는 말이다. 

오늘날 식용 및 생활용수로서 상수도로 공급되는 담수의 상당량은 이미 해양에서 채취한 짠 바닷물에서 온다. UN 수자원개발에 따르면, 매년 총 해수의 1%가 담수처리돼 식수로 사용되고 있다고 한다.

현재 지구상 곳곳에서 가동 중인 해수담수화 공장은 2만 1,000 곳이 넘으며, 특히 지난 10년 사이 공장 수는 2배 증가하며 약 3억 인구가 해수담수에 의존해 살고 있다(자료: 해수담수 시장 분석 보고서, 국제 해수담수 협회, 2022년 9월).

해수담수화 공정은 바다서 수집해 염분 함유율 높고 각종 이물질이 섞여있는 해수를 마시기 적합하도록 염분을 제거하는 기술로, 미래 물 부족 시대를 대비한 핵심 필수 기술로 주목받고 있다. 오는 2030년까지 세계 인구증가 추세에 따라서 해수담수 분야 시장은 매년 9% 성장을 거듭해 나갈 것이라고 세계자원연구소(World Resources Institute)는 전망했다.

문제는 현재 전 세계에서 작동 중인 모든 해수담수화 공장들이 화석 연료를 에너지로 활용한다는 사실이다. 

특히 생산량 증가에 효율적이라는 장점 때문에 해수 가열 처리 공정 후 남은 소금을 제거시키는 역삼투압 담수화 고정, 이른바 ‘막증발 열가공기술(memebrane distillation)’을 사용하는 담수 처리 공장의 막대한 화석연료 소비량은 환경주의자들의 비난이 돼왔다. 

글로벌 해수담수화 공장의 절반 이상이 생활용수가 부족하지만 화석연료를 대량 보유한 걸프권 아랍국에 대거(60%) 몰려있고, 지난 몇 년 급격한 물 부족 상태를 겪고 있는 미국 캘리포니아 주에만 해수담수화 공장 23곳이 가동되고 있다.

캐나다의 에너지 스타트업 오네카 테크놀러지(Oneka Technologies)는 최근 바닷물에 부유하는 배 위에 바닷물 파도로부터 발전시킨 역학에너지를 연료 삼아 작동하는 담수 처리 시설을 개발했다.

오네카 테크놀러지 사가 올해 공개한 해상 부유 담수선은 해저 바닥에 닻을 내려 고정시킨 정박선이다.

바다 표면에 출렁이는 파도로부터 발생하는 운동 에너지를 흡수, 변환 장치로 전환시킨 역학 에너지로 바닷물을 빨아들이는 원리를 응용하며, 바닷물은 60 마이크로미터의 미세한 개방구를 통해 흡수되기 때문에 해양생물이 빨려 드는 것을 방지한다.

이렇게 생성된 파력은 다시 짠 바닷물을 탈염막(desalination memberane)으로 통과시켜 염분을 분리시키는 에너지로 사용된다. 이 공정을 통해 염분 제거된 담수는 다시 한번 파력 발전된 에너지를 연료 삼아 호스와 파이프 관을 타고 육지로 수송된다.

오네카 테크놀러지 해수담수기는 대 중 소 3가지 크기로 설계됐다. 길이 8미터와 폭 5미터의 가장 큰 모델은 하루에 4만 9,000 리터의 식용수를 담수화할 수 있다고 한다. 또, 모듈러 디자인도 제공되는데, 여러 대의 해수담수기를 줄줄이 연결시켜 군집을 형성하면 더 많은 양의 담수를 효율적으로 생산할 수 있다.

해수담수기 탈염 공정 후 발생한 잔여 고농도 염분(소금)의 처리 문제도 환경적 골칫거리다.

가령, 바닷물 열가공 후 부유 해수담수기에서 배출되는 소금 잔여물을 바다로 환원할 경우 해수담수선 부유 시스템 주변의 해수의 염분 농도가 주변 보다 높아져 해양 생명체의 생태계에 위협을 가하기 때문이다.

통상 해수담수기가 빨아들인 바닷물 중 4분의 1 만이 탈염막을 통해 여과되고 나머지 4분의 3은 탈염 후 분리된 소금과 함께 다시 바다로 내보내도록 설계됐다. 담수화 공정 후 버려지는 농축된 염분이 해양생물을 해치지 않도록 물을 희석시켜 배출하는 것이다.

최근 네덜란드의 해수담수기 개발 업체 데솔리네이터(Desolenator) 사는 해수담수기에서 걸러낸 소금이 순수 고품질 소금이라는 점에 착안해 탈염막 여과된 소금을 바다로 폐기하는 대신 수집해 공업용으로 판매하는 순환경제적 대안을 제시한다.