(Illustration of the TSSE (temperature swing solvent extraction) process, a pioneering desalination approach for hypersaline brines that could transform global water management. Credit: Chanhee Boo/Columbia Engineering)
인구증가 및 물 소비량 증가에 따라 현재 여러 국가에서 물 부족 현상이 심해지고 있습니다. 바닷물이나 염분이 많은 물을 마실 수 있는 담수로 만드는 탈염 (Desalination) 기술은 물 부족을 해결할 수 있는 대안 중 하나입니다. 실제로 이미 많은 국가에서 탈염 플랜트를 통해 물을 얻고 있으며 2016년에서 2030년이 되면 탈염 플랜트에서 생산되는 담수의 양이 두 배로 늘어날 것으로 예상되고 있습니다.
그러나 해수 담수화 혹은 탈염 공장에서 물을 생산하는 데는 여러 가지 댓가가 따릅니다. 현재 널리 사용되는 역삼투압 방식과 증발법 모두 상당한 에너지와 복잡한 생산 플랜트를 필요로 합니다. 결국 상당한 비용이 들어갈 수밖에 없습니다. 이 문제는 기술 발전과 규모의 경제를 통해 어느 정도 해결할 수 있다고 해도 탈염 과정을 거치고 나온 고농도 염수 (Brine)는 점점 해결하기 어려운 문제가 되고 있습니다. 바닷물보다 몇 배나 염도가 높은 고농도 염수는 대부분의 해양 생물에 독성이 있습니다.
컬럼비아 공대의 연구팀은 temperature swing solvent extraction (TSSE)라는 새로운 탈염 기술을 개발했습니다. 이 방식의 가장 특이한 점은 용매(Solvent)를 이용해서 물을 추출한다는 점입니다. 연구팀이 개발한 용매는 섭씨 5도 정도의 낮은 온도에서 높은 압력 없이 물을 추출할 수 있습니다. 덕분에 비용과 에너지를 크게 절감할 수 있습니다. 이미 탈염 공정을 거친 고농도의 염수에서도 물을 추출할 수 있다는 것도 장점입니다.
물을 추출하고 남은 더 고농도의 염수에는 소금과 나머지 미네랄이 결정화되어 바닥에 쌓이게 됩니다. 이를 제거하면 결국 90% 이상의 염수가 제거된 물과 결정화된 염분이 남습니다. 이를 회수하면 환경으로 고농도의 염수가 다시 들어갈 가능성을 차단할 수 있습니다. 이 경우 바닷물로 돌아갈 소금의 양이 줄어들지 않을까 걱정할 수 있지만, 바닷물의 양이 워낙 많이 그 영향은 미미합니다. 예를 들어 육지 빙하가 모두 녹아 해수면이 70m 상승해도 염분에 미치는 영향은 크지 않습니다.
연구팀은 이 방법이 기존의 탈염 방식에 비해 75%나 에너지를 절감하면서도 오염 물질을 만들지 않고 기존의 탈염 및 여러 가지 산업용 폐수를 정화할 수 있다고 보고 있습니다. 다만 실제로 이만큼 좋은지는 더 검증이 필요할 것입니다. 예를 들어 용매가 독성이 있거나 비용이 비싸거나 위험한 물질이라면 앞서 말한 장점은 아무 의미가 없을 것입니다. 아무튼 흥미로운 탈염 방식 같습니다.
참고
Chanhee Boo et al, Zero Liquid Discharge of Ultrahigh Salinity Brines with Temperature Swing Solvent Extraction, Environmental Science & Technology (2020). DOI: 10.1021/acs.est.0c02555
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