물 산업-숨쉬는 공기도 옹달샘

숨쉬는 공기도 미래에는 옹달샘

  1977년 사우디아라비아의 알 파이잘 왕자는 전 세계 과학자들에게 놀라운 제안을 내놓았다. 남극의 빙산을 사우디아라비아로 옮겨주면 돈을 얼마든지 내겠다고 선언한 것이다. 그러자 많은 과학자들이 그 방법에 대해 연구하기 시작했고, 다음해엔 미국에서 그에 관한 연구발표회가 열리기도 했다. 하지만 빙산을 끌고 오는 방법에서부터 녹지 않게 하는 방법, 끌고 온 다음 어마어마한 양의 빙산 물을 담을 공간 마련 등의 실질적인 방안을 찾을 수 없었고 결국 알 파이잘 왕자는 계획을 발표한 지 몇 년 후 스스로 빙산 운반 프로젝트를 포기한다고 선언했다.

  현재와 같은 수자원 낭비와 부적절한 관리가 개선되지 않으면 지구촌은 물 부족과 함께 농작물 수확량 감소, 해안 오염, 수자원을 둘러싼 국제분쟁 등의 여러 가지 어려움이 직면할 것이다.

▶ 미래의 물 전망에 대한 예측 ◀

국제인구행동연구소 (PAI)	오늘날 5억 5천만영이 물 압박국가나 물 기근국가에 살고 있고 2025년까지 24억명에서 34억명의 사람들이 물 압박 또는 물 부족국가에 살게 될 것임
미국 NIC	2015년에는 세계인구의 절반이 넘는 30억명 이상이 물 부족국으로 분류되는 나라에 살게 될 것임
세계기상기구 (WMO)	2025년 6억5천3백만명 내지 9억4백만명이, 2050년에는 24억3천만명이 물 부족을 겪을 것임
앤더슨국제식량기구연구소 소장	앞으로 25년 이내에 5개국 중 한 나라가 심각한 물 부족 사태에 직면할 것임
산드라 포스텔	향후 30년에 걸쳐 지구상의 인구는 약 24억명이 더 늘어날 것임. 그런데 식량생산에 필요한 물의 40%만 강에서 가져온다 해도 농업용수가 매년 1천 750km³씩 증가해야 하며, 이 양은 대략 20개의 나일강 또는 97개의 콜로라도강의 규모와 맞먹음
국제원자력연구소 (IAEA)	현 추세라면 2025년 약 27억명이 담수부족에 직면. 현재 약 11억명이 안전한 식수원에 접근하지 못하고, 25억명이 비위생적인 환경에 놓여 있으며, 500만명 이상이 수인성 질병으로 사망. 비위생적인 물로 인한 사망자는 전쟁으로 인한 사망자의 10배에 달함
UN 요하네스버그 정상회담	2050년 세계인구는 90억명에 이를 전망. 11억명이 안전한 마실 물 부족에 직면할 것이며, 개발도상국 질병 원인의 10%는 안전한 식수 부족 또는 물 부족에 기인함
UN 세계 수자원개발 보고서	지구의 1인당 담수공급량은 앞으로 20년 안에 1/3로 줄어들고 2050년까지 적게는 48개국 20억명 많게는 60개국 70억명이 물부족 겪을 것임. 2050년까지 인구는 93억명으로 늘고, 오염된 담수원 면적은 현재 관개용수자원 면적의 9배에 달할 것
캐나다회의  마우드 발로	산유국이 카르텔을 형성, 석유자원을 무기화 했듯이 머지 않아 물이 풍부한 국가들도 그렇게 할 것이라고 전망
세계경제포럼 수자원 이니셔티브 보고서	‘수자원 부도(water bankruptcy)' 가능성 경고. “이제는 1970년대 석유파동(oil shock)이 아니라 물파동(water schock)에 대비해야 한다.”고 지적

 

  이처럼 미래에는 마실 수 있는 물이 점차 부족해지고 기후변화로 인한 각종 부작용이 더욱 커진다는 전망이 대부분이며 이에 따라 수자원의 대체자원 기술개발에 대한 경쟁도 매우 치열해지고 있는바 어떻게 하면 과학의 힘으로 보다 편리하고 안전하게 물을 얻을 수 있는가 하는 연구가 진행되고 있다.

  캐나다의 ‘엘레멘트 포'라는 회사에서는 공기 중의 습기를 물로 바꾸는 일반 가정용 물 제조기를 출시했다. 무게 20㎏의 미래형 에어컨처럼 생긴 이 제품의 이름은 ‘워터밀'이었는데, 워터밀은 습도 69%, 기온 33℃의 조건에서 하루에 약 14ℓ의 물을 만들 수 있고 이는 일반 가정에서 사용하는 식수 양의 2배 정도이다. 이 장치는 주변 습도에 따라 대기 중 습기의 10~40%를 물로 바꾸는데, 주변 환경을 3분마다 점검해 새로운 환경에 적응하는 특징을 지니고 있다.

  즉, 열대우림에서는 높은 습도에, 사막처럼 건조한 지역에서는 낮은 습도에 적응해, 그때마다 에너지 효율을 극대화시킬 수 있는 장점을 지녔다. 응축실 온도를 이슬점(대기의 온도가 낮아져서 수증기가 응결하기 시작하는 때의 온도) 바로 밑까지 냉각시켜 습기를 물로 바꾸는 것이 워터밀의 작동방식인데, 탄소필터와 응축실의 자외선 자동살균장치 등 불순물과 미생물 제거 기능도 갖춰져 있다.

  때문에 어디에서건 이 장치만 있으면 손쉽게 식수를 마련할 수 있는데 그럼 이 장치를 굉장히 많이 사용할 경우 주변 공기의 습도가 너무 낮아지지는 않을까 하는 우려가 생긴다. 하지만 공기 중의 습기는 아무리 제거해도 지구의 물 순환 작용에 따라 수분이 자동적으로 다시 공급되기 때문에 이는 기우에 불과한 것이다.

  지난 2007년에는 우리나라의 한 중소기업에서도 공기 중의 수분을 이용해 물을 만드는 에어정수기를 개발한 적이 있다. 에어정수기는 공기 중의 수분이 응결돼 구름과 비가 되는 원리를 응용하여 물을 만드는 신개념 정수기이다. 즉, 팬으로 흡입한 외부 공기를 필터로 정화한 후 냉각해 공기 중 수분을 응결시키고, 이 수분을 다시 필터로 정수해 음용수를 얻는 방식이다.

  이 제품은 식수 제조, 공기 청정, 제습, 냉온수 공급, 정수 기능을 모두 갖추고 있어 식수가 부족한 중동지역이나 동남아, 남미, 유럽, 미국 등지에서 보다 깨끗하고 몸에 좋은 음용수를 개발할 수 있다는 장점이 부각되어 호평을 얻은 바 있다.

  2007년 이스라엘의 연구팀은 전기를 사용하지 않고 건축물을 이용해 공기에서 하수에 최소 40ℓ 이상의 물을 만드는 기술을 개발했다. 거꾸로 뒤집어진 피라미드처럼 생긴 30㎡ 크기의 이 기구는 ‘WatAir'(아래사진)로서, 어떠한 악천후나 오염된 환경에서도 매일 물을 만들어낼 수 있다고 한다.

  전기가 필요 없으므로 오지나 후진국에서도 사용할 수 있으며, 아이들의 놀이터도 되고 비와 열을 피하는 장소가 될 수 있다는 장점을 지니고 있다. 이 피라미드형의 물 제조 기구는 영국의 엔지니어 회사인 Arup이 주관하는 국제적인 물 만들기 대회에서 입상해 주목을 끌었다. 

 

  한편 석회질 광물로서 시멘트나 깁스의 재료로 사용되는 석고에서도 물을 뽑아내는 기술이 발명되었다. 네덜란드의 한 에너지 벤처기업 연구팀은 2008년 6월 사막 지역에서 발견되는 광범위한 석고에서 물을 분리하는 실험에 성공했다는 내용의 논문을 발표했다.

  이에 의하면 석고는 화학식이 CaSO4ㆍ2H20로서, 석고 분자 1개당 2개의 물 분자를 갖고 있으므로, 석고 중량의 20% 정도는 물이라고 한다. 따라서 특정 환경 하에서 약 60℃가 되면 석고에서 탈수반응이 나타나며, 85℃에서는 반응이 가속되고 100℃에서는 매우 빨라진다.

  연구팀은 사하라 사막에서 석유나 가스로 시추할 때 불타 사라지는 화염에너지를 이용해 석고에서 물을 분리하는 실험에 성공했다. 즉, 별도의 에너지를 들이지 않고 저렴하게 석고가 많은 사막 지역에서 물을 얻을 수 있게 된 것이다.

  또 사막 지역은 일조량이 풍부하므로 앞으로는 태양에너지로도 물을 분리할 수 있을 것으로 연구팀은 예상하고 있다. 이렇게 얻은 물에서 불순물을 제거하면 식수로도 충분히 사용할 수 있으므로 이 기술은 석고가 풍부한 사막 지역에 적용할 경우 매우 적절할 것이다.

  또 석고로부터 물을 빼내면 지역적인 침강이 일어나므로, 사막에 물을 임시로 저장ㆍ보관할 수 있는 장소까지 한꺼번에 해결할 가능성이 높다고 하는데 그렇게 되면 끝없이 모래만 펼쳐진 사막 한 가운데에 커다란 저수지를 만들게 될지도 모를 일이다.

  지구에서 바다가 차지하는 비율은 약 71%이다. 때문에 많은 이들이 바닷물을 이용하는 방법에 관심을 가지고 있다. 현재까지 연구된 해수담수화 기술은 약 20가지나 되는데, 그 중 전 세계적으로 가장 많이 사용되는 기술은 역삼투 해수담수장치이다.

  그런데 최근 중국의 한 과학기술회사에서 음파를 이용해 바닷물을 식수로 만드는 ‘음파담수화기술'을 개발했다. 이 기술의 핵심은 ‘소리발생기' 장치인데, 170데시벨의 강한 음장을 발생하여 음파의 공동현상과 공명작용을 통해 해수를 담수로 만든다. 이 소리발생기 장치를 이용해 실험한 결과, 11℃의 해수에서 담수 생산율이 60%에 달했는데, 살균 및 유해물질도 깨끗하게 제거할 수 있다.

  또한 표백제 등 화학 약품을 사용하지 않아도 돼 물맛이 좋으며, 특히 음파의 작용으로 바닷물을 인체가 흡수하는 데 적합한 작은 분자 단위의 물로 만들어주기까지 한다.

  사우디아라비아에서는 이 소식을 듣고 즉시 자국에 이 회사와 연합한 합자회사를 설립하기로 합의했습니다. 그밖에도 미국ㆍ일본ㆍ유럽 등 10여 개 국가에 이 기술의 발명 특허가 신청되었다.

  인류는 지난 20세기 동안 하천을 가로질러 댐을 쌓고, 둑을 쌓아 홍수를 막는 등 하천을 정복하려고만 했다. 그러나 댐과 제방으로 홍수를 막으려는 노력은 더 큰 홍수를 불러들일 수 있다는 사실을 깨닫게 해주었다. 제방을 높이 쌓을수록 홍수는 원래의 제 길을 찾지 못하고 이리저리 헤매다가 결국 약한 곳을 찾아 더 큰 피해를 내기 때문이다. 또한 지금까지 지속적으로 하천 유역을 변경시켜 농경지와 주거지로 만들면서 자연의 물 순환 과정은 물론 유역의 생태 시스템까지 왜곡시켰다는 걸 점차 깨닫게 되었다.

  따라서 앞으로는 인간이 하천을 길들이고 정복하려는 개발 위주 정책보다는 홍수와 더불어 사는 자연 상태의 하천으로 복원하려는 움직임이 일고 있다. 이것이 바로 하천과 인간이 공생하는 21세기의 미래 하천의 모습일 것이다.