최근 미 캘리포니아 주는 심각한 가뭄에 시달리고 있다. 이러한 상황에서 담수화(Desalination) 기술은 캘리포니아 가뭄을 극복할 수 있는 해결방안이 될 수 있을 것인가? 캘리포니아 주의 일부가 점점 건조화되면서 과학자들은 해수를 마실 수 있는 물로 변환하는 방안을 모색 중이다.

담수화 기술은 지난 몇 개월간 캘리포니아 주의 물 부족 문제를 해결할 수 있는 대안으로 떠올랐다. 그러나 이 기술을 적용하기에는 많은 비용을 필요로 한다는 단점이 있다. 또한 기술 적용 후 발생하는 부산물인 염수가 다시 바다로 유입되면 해양 생물들에게 나쁜 영향을 줄 수도 있다. 이에 미 홈볼트 주립대학(Humboldt State University)과 서던캘리포니아대학(University of Southern California)의 연구진은 역삼투-압력지연삼투(Reverse Osmosis-Pressure Retarded Osmosis, RO-PRO)라고 불리는 새로운 공정을 통해 이러한 문제를 해결하려 한다. 연구진은 캘리포니아 주에 위치한 사모아(Samoa)에서 RO-PRO 시스템의 시제품을 개발하고 있다. 이 설비를 통해 담수화 비용을 절감하고, 환경에 대한 영향을 줄일 수 있을 것으로 기대된다.

서던캘리포니아 대학 및 콜로라도 광업대학 연구원들과 함께 특허권을 보유하고 있는 훔볼트 주립대학 교수 Andrea Achilli는 “가뭄 문제를 해결할 수 있는 안정적인 물 공급 방안인 담수화 기술은 고비용과 환경적 영향이라는 주요한 이슈가 있다”고 말한다. 담수화 설비는 일반적으로 역삼투압 공정을 이용한다. 이 공정은 멤브레인(Membrane)을 통해 염수를 밀어내어 물을 정화한다. 그러나 이 공정은 많은 비용과 다량의 에너지를 필요로 하며 역삼투는 환경에 부정적인 영향을 줄 수 있다. 연구진의 시스템은 역삼투 공정과 함께 반대 개념인 압력지연삼투 공정을 적용하기 때문에 차별성이 있다. 먼저 PRO 공정에서 담수와 해수는 가압 체임버(Pressurized Chamber)에 혼합되어 터빈을 돌릴 수 있는 수압을 만들어낸다. 그리고 RO 공정과 결합하면서 이 에너지는 전체 시스템에 동력을 공급하는데 직접 활용될 수 있다. 연구진은 두 개의 공정을 결합한 새로운 공정이 일반 담수화 기술 대비 30%나 적은 에너지를 사용한다고 밝혔다.

새로운 시스템의 또 다른 장점은 높은 농도의 염수를 해수 수준으로 희석시키기 때문에 환경적 영향을 줄여준다는 것이다. Achilli 교수는 “대규모로 활용한다면 환경적으로 긍정적인 영향을 줄 수 있으며, 비용 및 에너지를 크게 절감할 수 있다”고 설명하였다. 이 시스템이 완성되면 사모아 펌프 밀(Samoa Pump Mill)에서 테스트를 수행할 계획이다. 연구진은 이 시기에 시스템과 효율에 대한 테스트를 실시하여 사용처의 확대 가능 여부를 결정할 예정이다. 그리고 나서 캘리포니아 주 인근에 위치한 담수화 설비에 이 기술을 적용할 계획을 갖고 있다. Achilli 교수는 “연구진은 새로운 시스템이 캘리포니아와 기타 지역에 있는 신규 담수화 설비에 적용되기를 바라고 있다”고 자신들의 희망을 밝혔다.

 

[출처 = KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』/ 2015년 2월 20일]

Could desalination be the answer to California's drought? As parts of the state become drier, scientists are looking at ways to turn seawater into drinkable water.

Desalination has made headlines in recent months as a possible solution to the state's water shortage. But in addition to being expensive, its byproduct -- salty brine -- can harm marine life once it's reintroduced into the ocean.

A team of researchers from Humboldt State University and the University of Southern California is hoping to address those concerns with a new process called Reverse Osmosis-Pressure Retarded Osmosis (RO-PRO).

They're developing a portable, prototype RO-PRO system in Samoa, Calif. -- which could lower the cost of desalination and reduce its impact on the environment.

"The high cost and environmental impact of desalination are major issues preventing it from becoming a reliable, drought-resistant water supply," said Andrea Achilli, an Environmental Resources Engineering professor at Humboldt State, who holds a patent on the technology with researchers from the University of Southern California and Colorado School of Mines. "What our system does is address those problems head on."

Desalination plants typically use reverse osmosis, a process that pushes saltwater through a membrane to create purified, drinking water. But in addition to being costly, and energy-intensive, reverse osmosis can negatively impact the environment.

The researcher's system is different because it uses both reverse osmosis and its opposing process, pressure-retarded osmosis. In PRO, freshwater and seawater are combined in a pressurized chamber, creating water pressure that spins a turbine. When combined with RO, that energy is directly used to power the entire system. According to researchers, the process uses 30 percent less energy than traditional desalination methods.

Another benefit of the system is that the highly-concentrated saltwater is eventually diluted back to seawater, reducing environmental harm. "If used on a large scale, it could have a positive environmental effect and result in significant cost and energy savings," Achilli says.

Once the system is completed, it will be housed and tested at the Samoa Pump Mill, where water from the Mad River meets the Pacific Ocean. During that time, researchers will test the system and its efficiency to determine whether it's suitable for wider use. After that, they plan to incorporate the technology into existing desalination facilities around the state. "Eventually, we'd like to see the technology built into new desalination plants in California and elsewhere," Achilli says.