새로운 담수화 기술이 깨끗한 물을 위한 세계적 싸움에 합류합니다.

원문 링크 : https://www.theearthandi.org/post/new-desalination-technology-joins-the-global-fight-for-clean-water

헬렌 가바간* 

큰 아이디어를 결코 놓치지 않는 존 F. 케네디 대통령은 1961년에 염수와 기수에서 담수를 추출하는 연구 개발 비용을 지불하기 위해 세출법에 서명했습니다 . 케네디는 "우리가 이 나라에서 할 수 있는 일은 장기적으로 우리 국민과 전 세계 사람들에게 이 분야에서 중요하고 의미 있는 돌파구를 마련하는 것보다 더 큰 의미가 있을 수 없습니다."라고 말했습니다. 60년 후, 미국과 전 세계에서 안전하고 에너지 효율적인 담수화는 여전히 정부의 핵심 열망입니다.

©James Grellier/Wikipedia Commons

이 기술의 성공에 중요한 것은 담수화에 소모되는 에너지를 줄이고, 안전한 폐기 또는 부산물로서의 염수의 상업적 활용을 식별해야 할 필요성입니다 . 기수와 해수에는 나트륨 외에도 다양한 형태의 무기물이 있습니다. 일부는 상업적 가치가 있을 수 있습니다. 다른 일부는 단순히 장비를 막습니다. 대부분의 식수 추출은 대규모 플랜트에서 이루어집니다. 태양열이나 지열과 같은 재생 에너지로 구동되는 소규모 담수화 센터는 에너지 효율을 높이기 위해 고군분투합니다. 그러나 이러한 담수화 플랜트는 담수가 부족하지만 기수 대수층이 있는 농촌 지역에서 중요한 역할을 할 수 있습니다.

에너지 효율적 담수화 기술에 대한 특허 부여

태양열 담수화를 저해하는 것은 태양으로부터 나오는 조명의 낮은 에너지 밀도입니다. 이러한 자연적 한계의 영향을 줄이기 위한 독창적인 노력이 진행 중입니다. 예를 들어, 2020년에 에너지 효율적인 방식으로 단일 차가운 유체를 최소 두 개의 흐름으로 분리하는 태양열 구동 방법에 대한 미국 특허가 부여되었습니다 . 분명히 이러한 유형의 공정은 해수를 처리하여 식수와 염수를 생산할 수 있습니다. 이 특허는 이전의 태양열 구동 담수화 노력을 넘어섭니다.

이 특허의 독창성의 상당 부분은 차가운 해수가 태양 전지판 아래로 흐르면서 처리 장치에 들어가기 전에 예열되고 동시에 그 패널을 냉각한다는 것입니다. 그런 다음 그 물은 두 개의 흐름이 나오는 처리 장치로 들어갑니다. 담수화 플랜트에서 그 두 흐름은 식수와 소금물입니다. 설명된 장치에서 이 두 유체는 들어오는 차가운 물이 흐르는 두 세트의 광범위한 파이프를 통해 태양 전지판 아래로 다시 흐릅니다.

결과적으로 유입되는 해수는 세 가지 방법으로 예열됩니다. 태양 전지판과 파이프에 있는 분리되었지만 더 따뜻한 담수화 및 담수입니다. 세 가지 열원으로 예열하기 때문에 처리 장치는 그렇지 않은 경우보다 적은 에너지를 필요로 하며 태양 전지판은 냉각되어 효율성을 더욱 향상시킵니다. 이 특허는 네덜란드 회사인 Desolenator BV 에 부여되었습니다 . 발명자는 아랍에미리트 아부다비의 Wilhelmus Jansen입니다.

수질은 크게 다르고 물 부족이 만연하다

담수화가 해결할 수 있는 문제의 규모는 엄청납니다. 2021년에 전 세계 인구의 26%, 약 20억 명이 여전히 안전하게 관리되는 식수를 이용할 수 없습니다. 2020년에는 7억 7,100만 명이 기본적인 물 서비스조차 받지 못했습니다. 2030년까지 이러한 상황을 개선하는 것은 유엔의 17가지 지속 가능한 개발 목표 중 하나입니다. 안타깝게도 세계는 안전한 물 목표를 달성할 수 있는 길에 오르지 못했습니다.

유엔은 목표를 달성하기 위해 물 프로젝트 실행률을 4배로 높이고 더 많은 자금이 필요하다고 말합니다. 또한 중요한 것은 각 개발 목표가 다른 목표(에너지, 식량, 교통 등)에 미치는 영향을 평가해야 한다는 것입니다. 식수, 세탁, 농업, 산업, 상업에 담수가 필요합니다. 모든 경우에 물의 유기물 함량과 무기 용질을 엄격하게 평가하는 것이 중요합니다.

담수에는 리터당 1,000밀리그램 미만의 소금이 들어 있는 반면, 바닷물에는 리터당 평균 35,000밀리그램의 소금이 들어 있습니다. 두 극단 사이에는 지하수와 표면수의 기수(brackish water)가 있습니다. 일부 기수(brackish aquifer)는 재생 가능한 자원이 아니며, 과학자들은 여전히 ​​모든 담수 지하수의 근원을 알지 못합니다. 기수에서 물을 끌어올리면 염도가 높아집니다. 표면 담수는 강, 해빙, 호수, 저수지, 습지, 개울, 인공 운하에서 발견됩니다. 그 물은 수문 순환의 일부입니다. 이 복잡하게 상호 연결된 수자원을 이해하기 위해 많은 연구가 필요합니다.

전 세계적으로 해수담수화 플랜트가 늘어나고 있습니다.

그동안 불완전한 지식에도 불구하고 국가들은 안전한 물을 제공하기 위해 노력하고 있습니다. 2014년에 전 세계적으로 16,000개의 담수화 플랜트가 있었는데, 주로 아프리카와 중동에 있었습니다. 그 사이 7년 동안 담수 부족을 해결하기 위한 세계적 및 지역적 노력이 시작되어 플랜트 수가 크게 증가했습니다. 용량은 하루 약 6갤런에서 하루 2,500만 갤런에 이릅니다.

상업용 및 산업용 담수화 플랜트, 심지어 작은 플랜트도 기술적으로 정교하지만, 그들이 의지하는 과학적 원리는 잘 알려져 있습니다. 증류는 핵심 공정 중 하나입니다. 고대로 거슬러 올라가면, 사람들이 바닷물에서 사용 가능한 물을 추출하는 최초의 방법이었습니다. 본질적으로 소금물은 가열된 소금물에서 평범한 물이 증발할 때 남습니다. 증발된 증기는 응축되어 식수를 제공합니다.

19세기에 열역학에 대한 지식이 발전함에 따라, 담수화 플랜트에서 다양한 압력 하에서 물을 증발시키고 응축하는 데 사용되는 방법이 더욱 정교해졌습니다. 오늘날의 담수화 플랜트에서 사용되는 현대적인 증발 및 응축 방법조차도 더 발전할 여지가 있습니다. 단점은 액체에서 증기로, 그리고 다시 액체에서 증기로의 단계 변화 중에 에너지가 손실된다는 것입니다. 즉, 많은 에너지가 낭비될 수 있다는 것을 의미합니다.

담수화 플랜트를 특성화하는 한 가지 방법은 투입량에서 얼마나 많은 단위의 음용수가 나오는지 묻는 것입니다. 이 비율은 회수율이라는 중요한 매개변수를 제공합니다. 예를 들어, 900단위의 해수에서 300단위의 음용수를 추출하면 33.3%의 회수율이 나옵니다.

역삼투는 식수를 생산하는 대체 접근 방식입니다. 삼투에서 물은 반투과성 막을 통해 더 염분이 많은 환경으로 흐릅니다. 역삼투에서는 삼투를 극복할 만큼 충분한 압력이 가해지고, 물은 소금물이 따라오지 못하게 하는 막을 통해 소금물에서 강제로 빠져나갑니다. 무기염으로 막이 막히는 것은 문제가 될 수 있습니다. 전기 투석은 또한 담수화에 적용되었습니다. 이 방법에서는 물이 흐를 때 염분이 하전된 막에 남아 물에서 염분을 정화합니다. 이 방법은 기수에는 효과가 있지만 염분이 많은 바닷물에는 효과가 없습니다.

담수화는 지구의 풍부한 물이 모든 사람에게 신선한 물을 공급하기 위한 싸움에서 자산이 되려면 채택해야 할 많은 정수 기술 중 하나입니다. 이제 딜레마는 사람과 환경에 가장 좋은 결과를 내기 위해 이러한 기술적 리소스를 어디에 어떻게 적용할 것인가입니다. 이 문제는 지질학자, 수문학자 및 기타 과학자의 의견과 전 세계 정치 지도자들의 정치적 의지와 경제적 지원이 필요합니다. 궁극적으로 우리는 수자원을 보호하고 필요한 곳에 안전하고 깨끗한 식수를 공급해야 합니다.