1. 개요

중국은 담수 자원이 부족할 뿐만 아니라 분포도 균일하지 않다. 또, 1인당 평균 사용 가능 수량이 적고, 계절적 및 지역적 분포 상에서도 불균형을 이루고 있다. 최근 10년 간, 지역 경제의 급속한 성장 외에 몇 년간 계속된 적은 강우량, 심각한 수질 오염으로 물의 수급 불균형이 보다 뚜렷해지고 있다. 2000년대 초기의 통계에 의하면, 중국의 중규모 이상의 도시 610개소 가운데, 물부족에 직면한 도시는 약 400개소이다. 이 중에서도 인구 100만명 이상의 대도시 30개소에서는 장기간의 물부족으로 어려움을 겪고 있다. 베이징의 1인당 평균 수자원량은 200m3 미만으로 중국 전국 평균의 8분의 1, 세계 평균의 30분의 1에 불과하다. 톈진시, 선양시 등의 도시, 랴오둥반도 및 산둥반도가 속한 환발해 경제권에서는 인구가 밀집하고 경제가 급속히 발전하고 있어, 물부족 문제가 이미 경제성장을 제약하는 요인이 되고 있다. 또, 저장성이나 푸젠성 및 광둥성 연안 등의 남부 지역에서도 최근 몇 년간 담수 자원의 부족 및 오염이 경제의 지속적 발전을 방해하는 심각한 장애가 되고 있다.

세계적인 물부족의 상황도 현저하다. 유엔 전문가의 추정에 따르면 전세계적으로 10∼15억명이 식수가 부족하고, 한층 더 많은 지역이나 국가가 물부족으로 인한 발전 속도 및 생활의 질 저하라고 하는 문제에 직면하고 있다.

수자원 위기의 해결을 위한 해수담수화 기술은 ①1950년대의 발견 단계, ②1960년대의 개발 단계, ③1970년대 이후의 상용․실용화 단계의 3개의 성장 단계를 거쳐, 일찍부터 담수 부족의 위기를 해결하기 위한 신뢰할 수 있는 기술로 자리매김하고 있었다. 그러나, 해수담수화 기술은 주로 중동 지역의 사막․유전 지대를 대상으로 하고 있다. 향후에는 해수담수화 기술이 중동 지역을 벗어나 세계 어느 지역에서도 사용할 수 있고, 또 비용면에서도 이용 가능한 기술이 되는 것이 필요하다.

2. 중국의 해수담수화 산업의 발전 상황

2009년 말의 중국의 해수담수화의 총생산 능력(해수담수화만)은 약 40×104 t/d이며, 다롄, 허베이, 톈진, 칭다오, 저장, 푸젠 및 광둥 등의 연해 지역에 분포한다. 건설중인 설비의 생산 능력은 약 30×104 t/d, 설계 또는 계약 단계의 설비의 생산 능력은 약 10×104 t/d이다.

현재, 생산된 담수는 주로 공업에 사용되고(발전소 및 석유화학공장, 72.2%), 그 다음으로는 도시 행정에 의한 급수(25%)이다. 전체적으로, 중국은 역침투법(RO, 86%)을 가장 많이 채용하고 있고, 그 다음으로는 저온 다중 효용 증류법(MED, 7.7%), 다단 플래시법(MSF, 2%)의 순이다. 이 중, 발해 연안에서는 저온 다중 효용 증류법과 다단 플래시법의 모두 이용되고 있는데, 이는 겨울․봄의 수온이 과도하게 낮고 발해만 지역의 오염이 심각하기 때문에, 막법을 채용하면 사전 처리의 비용이 높게 들기 때문이다. 물이 막에 스며드는 능력이 매우 낮아, 증류법 쪽이 효과적이다. 그러나, 발전소로부터 배출되는 따뜻한 해수를 막법의 원료수에 이용하면, 겨울에도 수온이 10℃ 전후에 이르기 때문에, 역침투법도 여전히 양호한 기술적․경제적 효과를 가지고 있다.

해수담수화 산업으로 가장 중요한 것은 설비 제조업과 담수화 플랜트의 건조 기술이다. 중국은 지난 10수년 간 제조업 분야에서 눈부신 발전을 이루어 해수 반투막 및 압력 용기의 생산라인을 건조하고 해외에 수출한 실적도 있다. 저압막(사전 처리 및 공업용수 처리용)의 제조사가 이미 몇 개사 있으며, 국제적으로도 선진 수준에 이르고 있다. 1일 생산 1만톤급의 증류법 장치도 이미 중국 내 제조가 시작되고 있으며 1일 1천톤급의 장치는 이미 플랜트화해 수출하고 있다. 중국의 해수담수화 산업은 기본적으로 확립되었다고 할 수 있지만, 대형․중형 장치의 설계 능력이나, 에너지와 담수화의 시스템공학, 또 대형 장치의 제조나 개발 능력 등에서는 선진 기술 수준과는 격차가 있다.

<중국의 역침투법․해수담수화 장치>

중국 정부의 계획에 따르면, 2020년까지 해수담수화 생산 능력은 300×104 t/d에 이를 전망이지만, 이에 관수의 담수화 및 공업용수의 제염을 더하면, 해수담수화 기술에 의한 총생산 능력은 800×104∼900×104 t/d에 이를 가능성이 있고, 이는 미국의 현재의 담수 총생산 능력에 해당한다.

중국 경제는 지속적 발전으로 다양한 자원 부족 문제에 직면하고 있지만, 그 중에서도 가장 심각한 것은 담수 자원이다. 관계자의 예측으로는 향후 약 30년 간 필요한 급수량은 현재의 총급수량의 1.5배가 된다.

한편, 해수담수화 산업 자체가 설비 제조업이나 국내외의 공사 건설․서비스업을 포괄하고, 다양한 분야의 발전을 견인하는 대규모 산업 체계이기 때문에, 국민경제 발전에서 차지하는 위치와 역할은 과소평가할 수 없다.

3. 최근의 중국 과학 연구 그룹의 연구 상황

(1) 다단 플래시형 장치

중국은 1970년대에 개발한 첫 1일 생산 100톤급 다단 플래시형 장치의 파일럿기를 토대로, 1980년대에는 중국 첫 공업 규모의 해수담수화 다단 플래시형 플랜트를 건조하였다(1기당 3,000 t/d). 운전에 성공하고 나서 오랜 세월이 경과하였지만, 다양한 면에서 성능은 양호하다. 발전소의 보일러에 급수해 담수를 생산하는 비용은 지표수를 원료로 한 종래의 방법에 비해 약 25% 감소하는 등 막대한 경제 효과를 얻고 있다. 이는 해수담수화 산업 발전에 중대한 영향을 끼쳤으며, 해수담수화 기술의 중국 첫 공업면에서의 실용은 해수담수화 기술의 발전과 새로운 담수 자원의 개척의 모델이 되었다. 또, 해수담수화 기술과 발전소의 융합 사업 사례가 되었다.

(2) 역침투법의 에너지 회수 장치

해수담수화 기술에 대해 막법은 급속히 발전해, 국내외에서 널리 채용되고 있지만, 그 주된 이유는 역침투법에 따른 담수화의 에너지 소비를 큰 폭으로 감소시키기 때문이다. 소비 수량․전력의 급속한 감소에 주로 공헌한 것은, 고농도 소금물․잉여 압력 에너지 회수 장치의 발전과 실용이다. 역침투법의 통상의 조작 압력은 약 6.5MPa이지만, 막재료로부터 배출되는 고농도 소금물의 압력도 매우 높기 때문에, 압력 에너지가 큰 고압 염수(鹽水)가 감압 밸브를 투과해 직접 배출되었을 경우, 시스템 회수율 40%로 계산하면, 잉여 압력의 약 60%가 낭비되게 된다. 이 때문에, 에너지 회수 장치를 이용해 소금물의 잉여 압력을 효율적으로 이용하면, 역침투법에 따른 해수담수화 시스템의 에너지 소비를 큰 폭으로 줄일 수 있다.

중국이 현재 보유하는 역침투법 에너지 회수 장치는 모두 미국 기업 2개사의 제품이며, 다른 나라도 기본적으로 같다. 현재, 역침투법에 따른 해수담수화 시스템의 핵심이 되는 설비 투자로는 막, 에너지 회수 장치, 고압 펌프가 각각 약 3분의 1을 차지한다.

톈진대학은 2000년 이후, 밸브형 용적 이송식 에너지 회수 기술 및 장치의 연구개발을 신속히 개시하여, 일련의 발명으로 특허를 획득하고 있다. 중국 과학기술부의 “제10차 5개년 계획”, “제11차 5개년 계획” 및 톈진과학기술위원회의 자금 원조로 1일 생산 100톤급 및 1,000톤급의 에너지 회수 장치의 개발에 성공했다. 각 장치의 회수 효율은 90%, 93%이다. 최근에는 1,000톤급의 병렬형 장치 개발에 성공하였다.

(3) 해수담수화의 신기술․방법의 연구

해수담수화 기술은 새로운 담수화 방법이나 에너지 기술, 환경 영향의 저감, 고농도 염수의 종합 이용, 열병합 발전(Cogeneration)과 시스템공학 등, 다양한 면에서 한층 더 연구를 필요로 하는 과제가 있으며, 여전히 큰 이노베이션을 필요로 하고 있다. 최근, 톈진대학은 다음 6개 분야에서 중국 과학기술부, 국가자연과학기금위원회의 중점 기금 및 톈진과학기술위원회의 자금 원조를 받아 중요한 연구 성과를 올리고 있다. ①노점(露点) 증발 담수화 기술 및 고농도 불활성 가스 조건 하의 열전도 연구, ②투과량이 많은 해수담수화 증류 기술과 고농도 염수(鹽水)의 이용 기술의 연구, ③저온 다중 효용 증류 장치 및 공학적 설계, ④막의 신소재 및 제조 기술의 연구, ⑤자연 냉동에 의한 담수화 및 공학적 실용화의 연구, ⑥전기 탈염(EDI) 기술의 연구.

4. 맺음말

(1) 물부족 문제가 중국 경제의 지속적 발전을 제약하는 요소가 되고 있는 가운데, 해수 담수화는 경제가 발전하고 인구가 집중하고 있는 연해 지역의 중요한 보충 수원이 되고 있다.

(2) 과거 10년 간, 중국의 해수담수화 산업은 기본적으로 확립되어 향후 10년에는 1일 생산 수백만 톤 규모의 실현을 목표로 한다. 담수화 기술의 제조업도 서서히 국제 경쟁의 중요한 일각이 되고 있다.

(3) 물부족 문제 해결에서 해수의 담수화는 유일한 방법이 아니고, 각 조건 하에서 다른 해결 방법이 있다. 새로운 산업․시장의 형성에는 수요, 연구, 개발 및 보급의 프로세스가 필요하고, 너무 급속한 실용화나 과도의 투기는 기술과 시장의 안정적 발전을 저해할 수 있다.