1.1. 연구의 목적

현재 전 세계적으로 인구 증가와 산업화의 결과로 1인당 물 소비량이 급격히 증가하고 있으며 경제개발협력기구(OECD)는 현재 중동, 동남아시아 및 북아프리카 지역을 중심으로 28개국 3억 4천만명이 물 부족으로 인한 심각한 피해를 받고 있다고 언급하였다. 이에 따라 수자원을 확보하려는 각국의 노력이 전개되고 있으며 20세기는 블랙골드(석유)의 시대에서 21세기는 블루골드(물)의 시대가 될 것이라는 전망이 나오고 있다.

 

 

지구상의 존재하는 물 중 97%가 바닷물이며 담수의 양은 3%이다. 하지만 빙하나 다른 형태로 존재하는 담수를 뺀, 현실적으로 이용 가능한 강이나 호수의 양은 0.0067%에 불과하다. 무한에 가까운 방대한 양과 기상조건의 관계없이 다량의 수자원 확보가 가능한 해수담수화 산업을 실용화 한다면 부족한 물 문제에 대응할 수 있는 방안이 될 것이다.

 

담수화의 시초는 과거 장기간 항해를 하는 선원들이 바닷물을 끓여 담수를 얻은 것이며, 1950년대에 이르러 미국 정부에 의한 해수담수화 설비가 본격적으로 연구가 이루어졌다. 오늘날 담수화 기술은 여러 분야의 사업관리 및 복합적인 전문기술이 적용되며, 각 국가별 해수 특성 및 상황에 맞는 제반 및 법규 사항이 요구되고 있다.

 

본고에서는 담수화 플랜트에 대한 전반적인 이해 증진을 위하여 현재 세계 물 현황 및 공종별 담수화 기술 동향을 조사하였다. 담수화 시장의 규모 및 전망과 국내 담수화 플랜트 기술 개발 현황을 조사하여 해외 담수화 시장에 우리 기업의 진출이 더욱 활성화되기를 기대한다.

 

 

1.2. 세계 물 시장

가. 물시장 규모

2010년 세계 물시장 규모는 5,075억불로 상수도 시장이 2,254억불, 하수도 시장이 1,701억불, 생수시장 588억불, 산업용수 279억불, 기타 253억불로 구성되어 있다. 이 규모는 건설에서부터 운영관리, 기자재, 음용수 시장을 포함하고 있다. 평균적으로 약 4.7%에 이르는 성장률을 보이고 있으며, 2025년에는 8,650억불 규모의 시장을 형성할 것으로 예상된다.

 

<그림 1> 공종별 물시장 전망

* 출처: GWI

 

 

또한 2015년까지 지역별로는 동아시아 지역과 북미, 중동 지역이 성장 할 것으로 예상된다.

 

 

<그림 2> 권역별 물시장 전망(상하수도)

* 출처: GWI

 

2010년에 물산업과 관련한 기자재 시장 규모는 1,608억불이며 이중 장비시장은 431억불(26%)을 차지하고 있다. 펌프와 파이프종류가 50% 이상을 차지하고 있으며 최근 환경문제와 관련하여 슬러지 처리 분야에 대한 수요가 증가하고 있다. 또한 과거에는 없었던 막 여과방식 및 멤브레인 방식의 공정이 개발되고 상용화 되면서 이 분야에 관련한 시장도 성장하고 있다.

 

 

<그림 3> 물산업 기자재 시장 규모, 2010

* 출처: Global Water Market 2011

 

 

 

1.3. 세계 물 현황

가. 이용가능한 물 부족

물 이용 가능량은 생산량과 수요량을 비교하여 알 수 있다. 그 중 제일 중요한 척도는 이용 가능한 천연 수자원으로써 유엔 환경계획(UNEP)은 수자원량의 부족과 풍요의 기준을 다음과 같이 정하고 있다.

 

<표 1> 세계 물 이용 가능량

Degree	Annual renewable resource	Population
Water Scarcity	1,000㎥ 이하 / 1인	7.8%
Water Stress	1,000㎥ ~ 1,699㎥ / 1인	24.5%
Insufficient Water	1,700㎥ ~ 2,999㎥ / 1인	34.7%
Relatively Sufficient	3,000㎥ ~ 9,999㎥ / 1인	16.7%
Plentiful Supply	10,000㎥ 이상 / 1인	16.3%

* 출처: UNEP

 

중국, 인도를 포함한 아시아 지역과 중동 북아프리카 지역이 1,000톤 이하의 심각한 물 기근 지역이고, 1,700톤 이하의 물 스트레스 지역은 파키스탄 중앙아시아, 동부 아프리카 지역이 포함된다. 전 세계의 수자원 분포가 불균형하기 때문에 지역에 따라 물이 부족한 인구가 발생하며 67%에 해당하는 인구가 물 부족 지역에 속해있다. 나머지 33%에 해당하는 인구가 북미, 중남미 등 특정 국가, 인구가 밀집된 지역에 해당하기 때문에 실질적으로는 많은 인구가 물 부족 지역에 해당한다고 볼 수 있다.

 

<그림 4> 세계 물 이용 가능량. 2025년

* 출처: Centre for environmental System Research, university of Kassel

 

 

전 세계적으로 물은 농업 71%, 산업 20%, 가정 9%의 비율로 사용되고 있으며 인구가 증가할수록 이에 제반된 부가산업이 발달되어 물 사용량은 더욱 증가할 전망이다. 가장 많은 물 수요가 요구되는 농업분야는 1961년 이후로 서아시아에서 256%, 라틴아메리카 188%, 유럽 178%, 아시아 166%, 아프리카 151% 증가하였다. 타 분야에 비해 농업용수는 저수시설(Reservoirs)에서 취수할 수 있는 양보다 많은 물 사용량을 요구하고 있다.

 

 

<그림 5> 목적별 물 사용 요구량, 1900-2025

* 출처: Unesco

 

 

 

20%의 비율로 사용되는 산업용수는 발전, 정제, 펄프, 광업, 석유화학, 전자, 화학 등 다양한 분야에서 사용되고 있으며, 1950년 이후로 약 280% 가량이 증가 하였다. 단순히 계산하면 1리터의 석유를 생산하기 위해 필요한 물의 소요량은 약 10리터이며, 1킬로와트의 전기를 생산하기위해 필요한 물은 21리터, 1킬로그램의 금속을 생산하기 위해선 95리터의 물이 소요되며, 1킬로그램의 종이를 얻기 위해서는 324리터라는 어마어마한 물이 소요된다. 산업용수의 효율을 높이기 위한 노력은 계속 되어 왔으며, 1950년 1인당 필요한 산업용수는 927리터에서, 2000년 1인당 450리터 정도로 재이용과 관련한 기술이 발달하여 절반 이상의 물 소요량을 저감시키고 있다.

 

UN은 1인당 먹고 마시는 최소한의 일 사용량을 50리터로 말하고 있지만, 실직적인 사용량은 이보다 훨씬 높다. 일상생활에서 쓰이는 변기용수, 빨래, 설거지 등의 물 사용량을 감안한다면 선진국으로 갈수록 그 양이 증가하는 것을 볼 수 있으며, 최근 인류의 삶이 풍요로워지면서 가정용수의 사용량은 점차 증가하고 있다.

 

<그림 6> 가정용수 요구량, 1950-2025

* 출처: FAO Aquastat

 

 

 

나. 인구증가

물은 인간의 삶과 직결되기 때문에 인구의 증가추이는 물산업에서 중요한 지표가 될 수 있다. 전 세계적으로 도시화가 진행되어 기존 도시 및 국가를 중심으로 인구가 밀집, 증가하고 있다. 지역적으로는 아시아, 아프리카 지역을 중심으로 세계 인구의 증가 전망은 계속될 것으로 보인다.

 

<표 2> 세계 인구 증가 전망

(단위: 억명)
년도	아시아	아프리카	유럽	중남미	북미
2010	41.6	10.3	7.3	5.8	3.5
2015	43.9	11.5	7.3	6.1	3.6
2020	45.9	12.7	7.3	6.4	3.8
2025	47.7	14.0	7.2	6.7	3.9
2030	49.1	15.2	7.2	6.9	4.1
2035	50.3	16.4	7.1	7.0	4.2
2040	51.9	18.8	7.0	7.1	4.3
2045	51.9	18.8	7.0	7.2	4.4
2050	52.3	19.9	6.9	7.2	4.4

* 출처: UN

 

 

 

<그림 7> 인구성장률, 2010-2015

* 출처: Global Water Market 2011

 

 

 

다. 효율적인 수자원 이용

 

물을 생산하고 처리하는 과정 못지않게 중요한 것이 현존하는 수자원의 효율적인 사용이다. 특히 상하수도 관로에서 가장 많은 누수가 발생하고 있으며, 그 양은 중동, 북아프리카 지역의 경우 37%에 달한다. 리야드(Riyadh, 사우디)의 경우 관거 부족 및 관에 구멍이 생기는 현상(Waterlogging)이 발생하여 인근 도시에 상당량이 송수되지 않고 있으며, 추후 지하층에 범람을 일으킬 수 있는 요인으로 작용하고 있다. 전 세계적으로 계측되지 않는 물은 약 35% 정도로 추정되고 있으며, 관련 유틸리티가 향상된다면 10~20%까지 저감시킬 수 있을 것으로 바라보고 있다.

 

 

<표 3> 중동지역 미 계측되는 물의 양

알제리	바레인	이집트	이란	이라크	이스라엘	요르단
40%	15%	34%	30%	50%	10%	50%
레바논	리비아	모로코	오만	팔레스타인	사우디	시리아
50%	35%	25%	23%	40%	35%	48%
튀니지	터키	UAE	예멘	-	-	-
23%	54%	13%	30%	-	-	-

* 출처: GWI

 

 

수자원량을 확보하기 위해서 새로운 천연자원의 개발, 재이용수 개발, 해수담수화 기술 개발 등의 노력이 이뤄지고 있으며 이중 가장 쉽고 효율적인 것은 천연자원의 개발이다. 새로운 댐과 보를 건설함으로써 수자원을 확보하고 먼 거리에 있는 수자원을 대도시로 송수하여 사용하는 방법 등이 있다.

 

송수하는 방법으로는 크게 파이프라인과 운하를 이용하는 육상운송과 탱크나 바지선을 이용한 해양운송이 있다. 장거리 송수의 경우 많은 인프라 구축과 예산이 소요되지만 안정적이고 지속적인 물 확보에 이점이 있기 때문에 대다수가 육상운송을 채택하고 있다.

 

우리에게도 익숙한 리비아 대수로 공사 및 중국 남수북조 사업이 현재 진행되고 있는 가장 큰 사업 중의 하나이다. 해양운송은 알래스카나 노르웨이 지역에서 사용하고 있으며, 캐리비안 지역의 다수의 섬에서도 이러한 방법으로 물을 공급받고 있다.

 

<표 4> 해외 주요 송수 프로젝트

국가	프로젝트	용량	공사비
리비아	Great Man-Made River	650만톤/일	110억불
중국	South-to-North Water Diversion	1억1000만톤/일	580억불
스페인	River Ebro Diversion	290만톤/일	180억유로
이스라엘	Turkey water agreement	14만톤/일	-
쿠웨이트	Karun transfer	75만톤/일	20억불
요르단	Disi Amman Water Conveyor	27만톤/일	9억5천만불

* 출처: GWI

 

 

2.1. 담수화의 정의

담수화 기술은 최근 물 부족현상을 해결할 수 있는 중요한 해결수단으로 떠오르고 있으며, 지구상의 물이 97%가 해수인 만큼 무궁무진한 수자원으로서의 이용가치가 크다고 볼 수 있다. 담수화 기술은 물에서 염분 및 유해한 물질을 제거하는 공정으로 해수(Seawater)와 기수(Brackish)에서 담수(Freshwater)로 변환 시키는 것으로 이해할 수 있다.

 

원수는 총용존고형물(Total Dissolved Solids)에 따라 분류되며 이것은 물속에 용해되지 않고 떠있는 물질을 의미한다. 해수는 15,000-50,000mg/l, 기수는 1,500-15,000mg/l, 담수는 500-3,000mg/l, 순수는 500이하mg/l로 정의된다. 담수화에서는 원수의 수질이 중요하며 원수의 종류별로 세계 시장의 규모는 다음과 같다.

 

<그림 8> 원수별 담수화 시장 규모

* 출처: GWI DesalData

 

 

 

2.2. 공종별 담수화 플랜트 현황

담수화 플랜트는 크게 열을 이용하는 증발식과 역삼투압 방식으로 나뉜다.

 

가. 증발식

증발법의 기본원리는 물을 끓여서 증발된 물을 추출하여 염분과 분리하는 것으로 MSF(Multi-stage Flash Distillation, 다단플래쉬) 방식과 MED(Multiple-Effect Distillation, 다중효용) 방식이 있다. MSF 방식은 1950년에 개발되어 현재 대용량 담수화 장치에 가장 널리 사용되는 담수화 기술이다.

 

 MSF 방식의 장점으로는 단순한 운영관리, 높은 신뢰성, 오랜 시공실적, 최소한의 전처리공정 요구, 양질의 생산수, 플랜트 규모의 대형화 등이 있으며 단점으로는 스팀을 발전 등으로 이용하지 않으면 많은 운영비가 소요되며, MED 방식의 비해 높은 전력요구량, 다량의 냉각수 필요, 해수의 경우에만 건설 실적을 보유하고 있다.

 

MSF 방식의 플랜트는 규모가 커질수록 비용절감 효과가 나타나며, 1990년 이전에는 34,000톤/일 규모가 한계였지만 점차 대형화 되어가고 있으며 현재 가장 큰 플랜트는 UAE에 있는 4개의 유닛으로 구성된 78,700톤/일 규모의 Al Taweelah B3 플랜트이다. 업계에서는 90,000톤/일 규모가 상한이 될 것으로 예측하고 있다.

 

<그림 9> 1990년 이후 MSF 플랜트 규모 추이

* 출처: GWI Desaldata

 

MSF 방식은 핵심 소재 부품 및 시공기술까지 많은 실적과 규모의 대형화의 장점을 보유하고 있는 기술이다. 과거 MSF 플랜트는 20년 이상 운영되기 힘들었으나 최근 30년 이상 기술적으로 운영이 가능하다고 판단되며, 생산량 및 발전량의 증설기술 또한 발전되고 있다.

 

담수화에서 에너지는 물 생산단가에 큰 영향을 미치는 요인으로 역삼투압 방식보다는 운영비가 많이 드는 것은 사실이지만, GCC 국가들은 세계 시장과는 다른 면모를 보여준다. 최근 오일머니의 상승으로 인하여 국가경제에 많은 부를 축적하고 있으며 물과 전력을 동시에 생산한다는 장점과 중동 특유의 오랜 신뢰성에 더 가치를 두는 특성 때문에 현재도 MSF 방식의 발주가 많이 진행되고 있다.

 

MSF 시장은 우리나라의 두산중공업이 1위를 차지하고 있으며 이탈리아의 Fisia Italimpianti와 함께 세계시장을 복점하고 있다. 다른 업체들은 상대적으로 경쟁력이 떨어지며, 컨소시움 형태로 이 두 업체와 진행하고자 노력하고 있다.

 

MED(다중효용) 방식은 담수화분야에서 가장 오래된 기술이며, MSF와 마찬가지로 최근 대형 플랜트 시공기술 개발이 이뤄지고 있다. 과거 MED 방식은 40,000톤/일 규모 이상에서는 경쟁력이 없었지만, 2006년 초 바레인에 272,765톤/일 규모의 Al hidd 플랜트 이후로 새로운 인식이 생기었다.

 

이후 2006년 Sidem社가 Jubail 플랜트에 MED 방식의 800,000톤/일 규모의 플랜트를 짓는 등 현재 MSF 방식과 대등한 건설 기술을 보유하게 되었다. 산업용수 분야에서 강세를 보이고 있으며, 중동지역에서 현재까지 많은 발주가 이뤄지고 있다.

 

MED 방식의 장점으로는 MSF방식에 비해 낮은 전기에너지 소요, 최소한의 전처리공정 혹은 불필요, TDS가 매우 적은 양질의 생산수, MSF 방식에 비해 냉각수가 적게 필요하며 공사비가 저렴하고 가동할 때 온도가 낮게 필요하다. 단점으로는 운영이 MSF 방식에 비해 복잡하고 해수분야에만 시공실적을 갖고 있다.

 

Sidem社의 Weir Techna 2005에 따르면 Gulf지역에서 MED 대형 플랜트는 프랑스 Veolia社가 독점하고 있다고 했다. 일본의 Sasakura社가 15,000톤/일 규모 이상에서 실적을 보유하고 있고 이스라엘의 IDE社가 MED 시장에서 2위를 차지하고 있지만, Gulf 지역에서의 MED 방식의 경쟁력은 뒤처지는 상황이다.

 

중국, 인도, 파키스탄, 이란 등 다양한 국가에서 원자력 발전을 이용한 담수화 플랜트 기술을 개발 중에 있다. 핵분열 시 나오는 열을 MED 공정에 이용하는 기술로써 현재 인도 남부지역에 2000MW, 10,240톤/일 규모의 원전-담수화 플랜트가 연구 중에 있다.

 

MED 방식은 해수에 부식되지 않도록 열교환기 등 핵심 기자재에 티타늄을 사용하고 있으며, 항공산업에서도 쓰이는 티타늄은 최근 사용량이 증가하고 있다. 향후 MED 플랜트에도 영향을 미칠 것으로 예상되며 2006년 Alfa Laval 플랜트가 티타늄의 부족으로 인하여 프로젝트가 취소된 사례가 있다.

 

 

<그림 10> 세계 10위 MED 플랜트

* 출처: GWI Desaldata

 

 

나. 역삼투압 방식

RO(Revers Osmosis, 역삼투압) 방식은 압력에너지를 이용하여 해수를 특수한 막에 통과시킴으로써 담수만을 분리해내는 공법으로 이온성 물질이 거의 배제된 순수한 물을 얻을 수 있다. 여기서 말하는 삼투압이란 농도가 다른 용액간의 평형을 이루려고 하는 현상을 의미한다.

 

RO방식의 장점으로는 해수나 기수 모두에서 효율적으로 사용이 가능하며 증발식에 비해 적은 에너지 필요, 낮은 공사단가 등이 있으며 단점으로는 RO 방식의 효율은 전적으로 전처리 공정의 역할이 매우 중요하며 증발식보다 생산수의 순도가 떨어지고 공정이 복잡하다는 점이 있다.

 

GCC국가를 제외하고는 RO방식은 담수화 시장에서 가장 많이 사용되고 있는 기술로써, 현재 상당부분 기술개발이 완료되었으며, 공정의 에너지 효율성 및 파울링(막힘현상) 저감 방안에 대한 기술이 RO의 핵심요소이다.

 

특히, 전처리 분야는 원수의 수질에 따라서 처리공정이 달라지는 등에 많은 영향을 주는 요인으로써 많은 연구가 진행되어야 하는 부분이다. 또한 RO 공정은 타 공정에는 없는 보론의 중요성이 등장한다. 보론은 RO 플랜트의 악영향을 미친다. 중동 지역에서는 해수성분 중에 보론의 농도가 높아 RO 방식을 채택하지 않는 원인이 되기도 한다.

 

RO 플랜트 역시 대형화가 될수록 운영비 절감 및 효율이 증가하기 때문에 대형화에 대한 시도가 계속되고 있다. 최근 아부다비 225,000톤/일 규모의 Taweelah RO 프로젝트, 두바이 150,000톤/일 규모의 Palm Jebel Ali RO 프로젝트 등 몇몇 프로젝트가 계획대로 진행되지 않았었다.

 

다양한 경제적, 기술적인 원인이 있지만, 중동지역의 높은 염분과 전처리 공정에 따른 것으로 여겨지고 있다. 반면에 218,000톤/일 규모의 바레인 Ad Dur 프로젝트가 대형 RO 플랜트의 성공적인 준공을 위해 시공 중에 있으며, RO(250,000톤/일)+MSF(750,000톤/일) 방식의 사우디의 Ras Azzour 플랜트가 그 뒤를 잇고 있다.

 

 

<그림 11> 중동지역 대규모 RO 플랜트 현황

* 출처: Global Water Market 2011

 

 

RO 방식의 가장 큰 장점은 운영비의 절감 즉 적은 에너지 소요량에 있다. 과거 1990년대부터 2000년 초반까지는 물 생산단가는 계속 낮출 수 있을 것으로 예상하였다. 업계에서는 생산수 가격을 톤당 0.5불 정도로 낮출 수 있을 것으로 예상하였지만 2003년 Hyflux가 Tuas에 적용한 톤당 0.57불이 최저이며, 그 이하로는 생산수 단가가 내려가지 않고 있다.

 

많은 이유가 있겠지만, 에너지 효율 분야에 큰 변화가 있지 않는 이상 현재의 기술은 어느 정도 한계가 왔다고 보이며, 주요 기자재 값의 상승 및 원수의 영향이 중요한 RO 특성상 추가적인 생산단가 절감을 위해서는 원천기술의 개발이 필수이다.

 

 

<그림 12> 담수화 플랜트 물 생산단가

* 출처: Global Water Market 2011

 

 

<그림 13> 담수플랜트 공종별 비교

* 출처: Global Water Market 2011

 

 

다. 기타 방식

정삼투압(Forward Osmosis)은 유도용질을 사용하여 막 사이의 삼투현상을 이용하여 담수를 생산하는 방식으로써 상업화 되진 않았지만 미래형 담수화 기술로써 주목을 받고 있다. 주요 특징으로는 역삼투압 방식처럼 고에너지가 불필요하며 에너지 소비율이 상당히 적다는 장점이 있다.

 

또한 원수에서 담수로 생산하는 회수율이 높고 담수화뿐만 아니라 폐수처리, 농축공정 등 다양한 분야에서 접목이 가능하다는 장점이 있으며, 현재 유도용질의 개발 및 회수 및 재사용하기 위한 기술이 현재 개발 중에 있다.

 

 

2.3. 담수화 플랜트 시장 현황

세계 담수화플랜트 생산규모는 2009년 6,600만톤/일에서 2016년 1억 2,100만톤으로 증가할 것으로 예상되며, 향후 지속적으로 성장할 전망이다. 현재 우리나라 기업이 증발식 방식으로 세계 해수담수화 플랜트 시장에서 우위를 선점하고 있으나, 세계 시장은 에너지 소모가 적은 역삼투압 방식의 해수담수플랜트 발주가 증가하고 있으며 2016년까지 담수화플랜트 건설시장은 역삼투압 방식의 플랜트 건설비용이 70%이상을 차지 할 것으로 전망한다.

 

 

 

<그림 14> 담수화 플랜트 건설시장, 2007-2016

* 출처: Global Water Market 2011

 

 

 

<그림 15> 2000년 이후 계약된 공종별 시장 점유율

* 출처: Global Water Market 2011

 

 

열증발 방식과 역삼투압 방식의 시장 구도는 중동지역의 오일시장과 밀접한 관계가 있다. 1980년부터 담수시장의 흐름을 보면 1980년대 오일쇼크, 1990년대 걸프전, 2009년 경제위기 때마다 시장규모가 침체되는 현상을 볼 수 있으며, 추이는 다음과 같다.

 

 

 

<그림 16> 담수화 플랜트 공종별 생산규모

* 출처: Global Water Market 2011

 

 

 

GWI는 2010~2013년 담수화 시장 규모별로 20위 국가를 나열하였으며, 중동지역 국가가 8개국, 아프리카 4개국, 아시아 3개국, 기타 미주 및 유럽지역 5개국이 있다.

 

 

<표 5> 담수화 시장규모 20위 국가

순위	국가	규모(억불)
1	사우디아라비아	51.59
2	미국	44.19
3	호주	32.37
4	이스라엘	25.03
5	쿠웨이트	24.80
6	리비아	24.43
7	UAE	21.98
8	중국	15.17
9	인도	12.93
10	칠레	12.00
11	캐리비안	10.69
12	모로코	9.26
13	스페인	8.61
14	오만	7.85
15	이란	7.09
16	이집트	6.60
17	바레인	6.46
18	터키	5.45
19	알제리	5.29
20	요르단	4.96

* 출처: Desal Market

 

 

 

2.4. 담수화 파이낸싱 현황

담수화 시장에서도 파이낸싱은 중요한 요소이다. 특히 수도요금은 담수화 비용을 충족시키기에는 부족하며, 이를 해결하기 위한 대규모 담수화 프로젝트 파이낸싱 및 정치적 지원방안이 도출되고 있다. 다양한 파이낸싱 모델들은 플랜트의 규모, 위치, 발주처에 따라 다각화 되어가고 있으며, 계약방식은 다음과 같다.

 

<표 6> 계약방식 별 특징

모델	특징
Design-Bid-Build (DBB)	일반적인 방법으로 발주처가 설계자를 고용하여 플랜트 설계 및 기자재 스펙을 결정. 이후 시공사가 입찰에 참여함. 운영은 발주처 책임.
Design-Build (DB)	발주처가 시공사에 설계와 시공을 입찰함. EPC사업과 유사하며, 공공펀드나 발주처 재원으로 사업금액을 충당함.
Design-Build-Operate (DBO)	발주처에서 EPC 시공사와 운영관리 사업을 패키지화하여 입찰에 붙임. 최저 입찰가격 제출자가 낙찰. 대형 플랜트의 경우 분리 발주할 수도 있음.
Build-Operate-Transfer (BOT)	파이낸싱을 포함한 최적의 구매 및 가격 가능. 참여그룹간의 리스크 최소화.

 

 

 

미국은 국가가 수처리 시설에 비과세 혜택을 제공하며, 유럽의 담수화 프로젝트는 EU의 재정지원을 받을 수 있기 때문에 DB/DBO의 방식을 선호한다.

 

민간자본을 이용한 파이낸싱은 대형 담수화 프로젝트에서 선호하며, BOT 모델은 참여 업체의 신용도가 중요한 요소가 된다. 소규모 프로젝트에서 BOT 방식은 도리어 복잡해질 우려가 있고, 중소 프로젝트의 대다수는 중동지역에 집중되어 있다. 이러한 경우엔 DB/DBO 방식으로 진행한다.

 

 

 

<그림 17> 5,000톤 이상 담수화 프로젝트 계약방식

* 출처: GWI Desaldata

 

 

 

중동지역에서 최근 민자담수발전(Independent Water and Power Projects, IWPP) 방식으로 발주를 하고 있다. 급속도로 성장하고 있는 중동 도시 지역을 중심으로 부족한 수자원과 전력을 확보할 수 있는 방법인 IWPP 사업은 주로 두바이, 바레인, 오만, 카타르, 사우디에서 진행하고 있으며 쿠웨이트는 IWPP 파이낸싱을 준비 중이다.

 

IWPP 사업을 진행하기 위해서는 먼저 off-taker와 물, 전력공급 계약을 맺어야 한다. Developer와 Lender간에 자금흐름에 관해 계약을 맺고 Developer는 구매, 시공, 운영에 책임을 지고 사업을 진행한다.

 

 

 

<그림 18> IWPP시장 Developer 순위

* 출처: GWI Desaldata

 

 

<표 7> 주요 IWPP 프로젝트

프로젝트 (국가)	Developer (참여지분)	사업금액 (계약년도)
Taweelah A2 (UAE)	Marubeni(34%), JGC(6%)	7억5천만불 (1998)
Taweelah A1 (UAE)	Total(20%), GDF Suez(20%)	15억불 (2001)
Shuweihat (UAE)	Sumitomo(20%), International Power(20%)	18억불 (2001)
Umm al-Nar (UAE)	Mitsui(6%), IP(20%), Tepco(14%)	20억불 (2003)
BARKA 1 (Oman)	ACWA Power(58%), Multitech(7%)	4억2천만불 (2000)
Ras Laffan (Qatar)	AES(55%), Qatar Petro(10%), QEWC(25%),GIC(10%)	7억2천만불 (2001)
Taweelah B (UAE)	Marubeni(14%), BTU(10%), Powertek(5%)	31억불 (2005)
Shoaiba 3 (Saudi Arabia)	ACWA Power(30%), Tenaga(6%), Malakoff(12%), Khazanah(12%)	25억6천만불 (2005)
Ras Laffan B (Qatar)	IP(40%), QEWC(55%), Chubu Electric(5%)	9억불 (2005)
Ras Abu Fontas B2 (Qatar)	IP(40%), QEWC(55%), Chunbu Electric(5%)	6억5천만불 (2005)
Sohar (Oman)	GDF Suez(45%), Sogex(5%), W.J.Towell(5%), Zubair(5%), MODPF(5%)	5억5천만불 (2004)
Rabigh (Saudi Arabia)	Marubeni(30%), JGC(25%), Itochu(20%)	11억불 (2005)

* 출처: GWI

 

 

 

3.1. 사업단 개요

국토해양부에서 2006년 12월 29일 VC-10(Value Creator-10) 사업의 일원으로 해수담수화 플랜트 사업단(SeaHero)을 발족하였다. 해수담수화 플랜트 분야 차세대 핵심 기술개발, 건설소재 및 기기의 국산화를 통해 현장적용 기술의 확보와 함께 국제 경쟁력을 갖는 대용량 역삼투압 방식 해수담수화 플랜트 설계 및 건설 기술을 개발함과 동시에 고효율 운영 유지관리 관리 기술개발과 해외진출 기반을 확보하는 것이 연구사업의 목표이다.

 

해수담수화 플랜트 사업단은 역삼투압 방식 해수담수화 플랜트 건설 기술 개발을 추구하며, 세계 최초의 10MIGD(45,000톤/일) 규모의 대용량 RO 플랜트 트레인 개발(Large Scale), 4KWh/톤 이하의 에너지 소비율 달성 등 저에너지화 기술(Low Energy), 막 오염을 50% 이상 감소시키고, 시스템 성능 보장 기준 및 막 소재 기술 개발을 통한 안정성 기술(Low Fouling)을 목표로 하고 있다.

 

3.2. 사업단 성과

현재 사업단은 4개의 핵심 분야를 중점으로 기술개발을 진행하고 있다. 첫 번째는 플랜트 기반기술로서 RO 플랜트의 효율의 중요한 요인인 전처리 기술, 플랜트 모니터링 기술, 처리된 후 농축수의 해양 위해성 평가 등이 있다.

 

 

 

<그림 19> 해수담수화 플랜트 정보 DB화

* 출처: 해수담수화플랜트사업단

 

 

2번째는 소재의 국산화로서 RO 플랜트의 주요 기자재인 막과 막 소재, 펌프의 개발에 있다. 특히 국산화율을 높이기 위해선 필수적으로 개발되어야 할 장비 들이며, 최근 해외에 수출하는 등 선진국과 대등한 소재 기술력을 보유하고 있다.

 

 

 

<그림 20> 핵심 기자재 연구 현황

* 출처: 해수담수화플랜트사업단

 

 

 

3번째는 대용량 해수담수화 실증 플랜트 설계 및 건설 기술개발이 목표로서 부산 기장에 45,000톤/일 규모의 해수담수화 대형 테스트 베드를 건설 중에 있다.

 

 

 

<그림 21> 테스트 베드 조감도 및 대형 트레인

* 출처: 해수담수화플랜트사업단

 

 

해수담수화 플랜트 사업단은 건설 중인 테스트 베드의 운전 경험을 통해 고효율 운영 및 운전관리 기술을 확보하고 최적의 진단 시스템 구축하고자 한다. 또한 해외건설협회는 본 사업단에 참여하여 세계 시장진출을 위한 현황, 법규 및 제도를 포함한 해수담수화 플랜트 해외 진출을 지원하고 있다.

 

 

 

 

우리 업체는 1973년에 담수화 플랜트 초도 진출하여 2011년 12월 기준 총 10개 국가에서 15개 업체가 56건의 수주 성과를 이루었으며 총 계약금액은 104억불에 달한다.

 

<표 8> 담수화 플랜트 수주실적 상위 5개 업체

(단위 : 억불)
순위	업체	금액
1	두산중공업	58.2
2	현대건설	20.1
3	현대중공업	10.6
4	삼성물산	8.0
5	현대산업개발	2.7

* 출처: 해외건설종합정보서비스

 

 

담수화 프로젝트는 2000년대 들어서 활발히 수주가 이뤄지고 있으며, 중동지역에서 MSF나 MED 같은 증발식 프로젝트가 주를 이루고 있다. 최근 중동의 경우 증발식 위주에서 역삼투압 방식이 혼합된 하이브리드 방식의 발주가 나오고 있으며, 2010년 사우디 라스 아주르에서 수주한 플랜트를 봐도 주는 증발식 위주이며, 역삼투압 방식은 보조 개념으로 설계되었다.

 

중동지역의 경우 다른 유럽, 미주, 아시아 국가들과는 달리 해수를 통한 생활용수 공급이 많은 비중을 차지하기 때문에 안정적이고 운용실적이 많은 증발식으로 결정할 수밖에 없다. 또한 최근 적조현상이 급증하고 해수의 수질이 나빠지고 있는 요인도 한몫하고 있다.

 

중동지역 증발식 해수담수화 플랜트의 경우 연간 가동률이 95% 이상으로 해수 조건에 따라 운전되는 역삼투압 방식의 비해 많은 신뢰도를 얻고 있으며 차후 발주하는 프로젝트도 증발식이 될 것으로 예상하고 있다. 우리 업체들의 증발식 담수화 플랜트 기술력은 세계 최고 수준이며 중동지역에서의 수주는 지속적으로 이어질 것으로 전망한다.

 

중동 지역을 제외한 유럽 북미, 남미지역은 역삼투압 방식의 플랜트 위주로 담수화 프로젝트가 계획 및 발주되고 있다. 기존 우리 업체의 경우 대형 역삼투압 담수화 플랜트 실적이 적었으며, 유럽 선진업체와의 경쟁에서 밀리는 경향이 있었다. 또한 역삼투압 방식에 맞는 전처리 시설과 펌프, 막 등 핵심 소재는 외산을 이용하고 있는 실정이었다. 최근 국내업체는 해외 선진업체와의 인수합병을 통해 원천기술 및 실적을 이용한 해외 시장에 진출하는 사례도 나오고 있다.

 

국토해양부와 해수담수화 플랜트 사업단에서 추진하고 있는 부산 기장에 건설된 테스트 베드는 우리나라의 역삼투압 방식의 기술력을 선진국과 대등할 정도로 향상 시킬 것이다. 최적화된 전처리 공정, 16인치 대형 막 및 펌프, 운영기술 등 핵심 소재 및 기술부터 대형 플랜트 건설 기술까지 본 과제에 참여한 업체는 물론 향후 고효율 부품 소재 및 에너지 효율 향상에 관한 연구개발이 지속적으로 가능하며 해외 진출하기 위한 실적을 확보 할 수 있게 될 것이다.

 

앞으로 담수화 시장은 산업화와 인구 증가와 더불어 더욱 성장하게 될 것이다. 지구상의 존재하는 담수는 한정적이며 무한한 해수를 이용하고자 하는 노력은 계속 될 것이다. 단기적으로는 중동시장과 기존에 우위를 점하고 있는 증발식 담수화 플랜트 사업에 중점을 두고, 장기적으로 유럽 및 북, 남미 시장 확대를 위한 기술개발 및 시장조사가 진행되어야 할 것이다.