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[가뭄의 실패학②]"무인기 인공강우, 박테리아 물 정화"

미국·이스라엘 등 환경 악조건 극복하고 과학적 연구 수행
예측부터 정화, 보존까지 다양한 기술 확보
사례 #1. 지난 2월 15일 미국 캘리포니아 네바다주의 황량한 사막. 호손산업공항에서 출발한 무인기가 1500피트 상공에서 약 1시간에 걸쳐 52km 비행에 성공했다. 사막연구소(DRI)와 드론아메리카 연구진들이 함께 만든 이 무인기는 인공강우를 위한 비구름을 뿌리기 위해 제작됐다.

사례 #2. 미생물연료전지에는 전기발생바이오반응기(EBR)가 구축돼 있다. 폐수가 유입되면 박테리아가 유기물을 산화시켜 전자와 양성자로 분해시킨다. 이어 전기회로를 통해 순환하면서 물이 정수되고 전기가 발생한다.(이스라엘 Fluence Corporation)

100년만의 가뭄으로 하늘만 탓하고 있는 한국에 비해 물관리 과학 선진국에서는 첨단 과학기술을 접목해 가뭄 문제 해결에 적극 나서고 있다. 

방식은 가뭄 지역에 드론을 활용해 비구름을 뿌리고 현재 있는 수자원을 정화하거나 해수담수화를 통해 물을 활용하고 저장하는 등 실질적이고 구체적으로 대응한다.  

전세계 국가 중에 미국과 이스라엘이 가장 앞선 기술을 개발 중이다. 이들 국가는 지리적, 환경적인 악조건을 극복하고 성공적인 기술을 개발, 실제 현장에 적용하고 있다. 특히 물리, 화학 등 과학적 연구를 기반으로 가뭄 예측부터 수처리, 관수 등과 관련된 기술 개발하고 문제해결에 나선다.

◆ '위기를 기회로'···첨단 수자원 기술 선두주자 '이스라엘'

첨단 기술을 활용해 가뭄을 극복한 대표적인 국가는 이스라엘이다. ​

지리적 특성을 살펴보면 국토의 60%는 사막이며, 나머지는 건조한 지역의 나라다. 강수량은 지난 1948년 평균의 절반 수준으로 하락한 반면 인구는 10배로 증가했다. 게다가 기후변화와 지구 온난화로 인해 이스라엘 지역은 점점 더 건조해지고 있는 추세다.

유대인국가기금(KKLJNF)에 따르면 이스라엘의 수자원 공급처는 키네렛바다(갈릴리호수), 산맥 대수층, 해안 대수층이다.

이스라엘은 연 강수량은 700㎜로 우리나라 1245㎜의 절반 수준에 불과하다. 하지만 수자원 기술을 기반으로 기존 자원을 정화, 관리하고 첨단 기술 수출, 농식품 수출 등까지 일궈냈다. 주요 해결책으로는 농업 효율성 강화, 폐수 재활용, 해수담수화, 상하수도 요금 정책, 교육 등이 있다.  
농업 효율성 강화 측면에서는 점적관개(Drip Irrigation) 기술이 대표적이다. 이 기술은 땅 위에 튜브를 연결하고 작물이 필요한 만큼의 물방울과 영양분만 공급하게 한다는 것이 특징이다. 물의 최소한 양만 식물의 뿌리에 운반되면서 수자원의 낭비가 최소화된다.

깊은 우물 파기, 농업용지하수, 유출부분 조기 발견, 악조건에서 번영할 수 있는 작물 공학, 원예 최소화, 효율적인 화장실 설치 의무화 등의 노력도 병행된다. 가령 변기 위에 물을 내리는 두개의 플러시 버튼이 있어 소변과 대변 각 다른 양의 물이 내려옴으로써 물을 절약하게 된다. 이러한 노력들은 하나의 문화로 장착되고 있으며, 첨단 과학기술이 결합해 위기를 기회로 전환하고 있다. 

네타핌(Netafim)의 점적관개 기술.<사진=네타핌 제공>네타핌(Netafim)의 점적관개 기술.<사진=네타핌 제공>

폐수도 비중 있게 활용된다. 이스라엘은 재생수의 활용이 세계에서 제일 높은 국가로 꼽힌다. 유대인국가기금에 따르면 이스라엘은 85% 이상의 폐수를 정화해서 농업용수로 공급하고 있으며, 수년내 90%를 달성할 것으로 예상된다. 대량 해수담수화를 통한 폐수 재이용 기술 개발이 민간 기업체를 중심으로 활발하게 추진되고 있다.

점적관개, 해수담수화 등과 관련된 이스라엘의 대표적인 기업으로는 아이디이테크놀러지(IDE Technologies), 네타핌(Netafim), 디잘리테크(Desalitech) 등을 꼽을 수 있다.

네타핌은 28개의 자회사, 17개의 제조공장, 4300명의 임직원을 보유한 글로벌 기업으로 전세계 110여개국에 농업 등과 관련한 스마트 관개 솔루션을 제공한다. 네타핌에 따르면 스마트관수기술과 미세 관수 기술이 곡류, 목화, 양파, 감자, 사탕수수, 차, 올리브, 아몬드, 사과, 복숭아 등을 재배하는데 활용된다. 
전기발생바이오반응기(EBR) 매커니즘.<자료=Fluence Corporation 제공>전기발생바이오반응기(EBR) 매커니즘.<자료=Fluence Corporation 제공>

◆ 가뭄 예측부터 대수층 활용, 정제까지 첨단 기술 접목

미국 캘리포니아주의 사례도 주목할 만한 사례다. 지난 2011년부터 극심한 가뭄을 겪고 있는 캘리포니아주에서는 가뭄 예측, 조사 분석부터 지하수 활용, 하수 재이용 기술 개발이 이뤄지고 있다.

가뭄에 따른 실시간 모니터링 자료도 주기적으로 공개되어 제공된다. 미국가뭄감시기구(U.S drought Monitor)는 매주 상황을 분석한 지도와 자료를 제공하고 있다. 캘리포니아물과학센터(California Water Science Center)에서도 지하수 모델링, 아카이브 등의 자료를 공개하고 있다. 

이러한 예측, 감시 활동 하에 기존 수자원 관련 연구도 지속되고 있다. 미국 LA 인근 지역은 지속적인 가뭄으로 인해 지하수가 고갈됨에 따라 수자원 확보 방안으로 하수처리수를 재활용해서 농업용수로 공급하거나 지하충전수로 활용하기 위한 방법을 도입하고 있다. 농업생산량이 많은 반면 용수확보에 어려움을 겪고 있는 센트럴밸리 지역에서는 상하수도 요금 정책을 통한 수자원 절감 노력도 병행되고 있다. 

오렌지카운티수자원국(OCWD)에서는 하수를 식수로 정화해서 공급하고 있다. 세계에서 가장 큰 처리시설인 가좌하수재활용시스템(GWRS)도 보유하고 있다. 물리·생물·화학 등 다양한 배경의 연구자들은 정밀여과, 역삼투압공정(RO), 고도산화처리(AOP) 등을 화학적 공정을 기반으로 한 수처리와 고품질 물 확보에 고심하고 있다. 

지하수관리프로그램을 추진하는 곳도 있다. 라스베가스밸리수자원국(LVVWD)은 이 지역 수자원 중 10%를 지하수로 공급하고 있다. 지표면 300피트에서 1500피트 아래의 침전가능한 지하 암석이나 퇴적물과 같은 대수층에서 지하수를 공급한다. 진흙층이나 미세침전물을 통해 오염이 방지되는 효과가 있다.

네바다에 소재한 사막연구소(DRI)에서는 50개 이상 전공 분야 560여명의 직원들이 대기, 육지, 생명, 물 품질과 관련된 연구를 네바다 지역을 중심으로 첨단응용연구를 글로벌 프로젝트로 수행하고 있다. 특히 인공강우, 인공강설 관련 연구를 통해 주변 지역 물자원 고갈에 대비하고 있다. 

35피트 지하수 미세여과 장비.<자료=OCWD 제공>35피트 지하수 미세여과 장비.<자료=OCWD 제공>

◆ "인류가 직면한 문제···과학계 참여 속 정책 지속성 확대돼야"

"수요가 지속적으로 증가하는 상황에서 폐수는 물을 확보하기 위한 대안으로 꼽힌다. 폐수는 기존의 처리와 관리에서 재사용, 재순환, 자원회수로 패러다임이 이동하고 있다. 폐수는 이제 문제가 아닌 인류와 사회가 오늘날 직면한 문제다."(2017 UN 수자원개발 보고서)

"가난 문제를 해결하고 지속가능한 미래를 위해 물, 식량, 에너지, 인구의 역동성에 대해 함께 생각하지 않으면 안된다는 것을 재확인했습니다."(세계경제포럼 UN인구기금)  

기후변화, 도시화, 인구증가는 수질오염을 촉진하고 수급 불균형을 초래하는 주요 원인이 되고 있다. 각국에서는 자국의 물 안보를 위해 고심하는 한편 국제 공조도 강화하고 있는 추세다.

UN에서 발간한 2015년 수자원개발 보고서에 따르면 오는 2050년까지 BRICS 등을 중심으로 제조, 전력 수급을 위한 수자원 수요는 지속적으로 확대될 것으로 예상된다.

가뭄으로 인한 물 부족 해결을 위해 전세계적인 협력도 지속되고 있다. 세계경제포럼, FAO 등 국제 기구, 물 관련 국제 포럼 등에서는 수자원 확보를 위한 논의를 활발하게 진행하고 있다.

UN개발 정상회의에서도 오는 2030년까지 지속가능한 개발을 위해 깨끗한 물과 위생을 포함한 17개 목표를 채택하고 국제적인 거버넌스 확보가 필요하다고 강조한 바 있다.

또 최근에는 기후변화와 자원 안보에 대비해 물을 에너지, 식량과 결합한 통합자원관리(WEF Nexus) 움직임도 일고 있다.

이상은 국토연구원 책임연구원은 "충남지역 등 국내에도 가뭄이 극심한 가운데 미국 캘리포니아, 이스라엘 등 해외 사례를 참고할 필요가 있다"면서 "수년째 가뭄 관련 대책을 수립해도 지속적인 동력을 유지하지 못하는 것이 문제다. 국책기관을 중심으로 비용 편익을 분석하는 노력과 더불어 과학계 등이 참여해 장기적인 정책을 추진해야 한다"고 말했다.

지속적으로 증가하는 전세계 수자원 수요.<자료=UN 보고서>지속적으로 증가하는 전세계 수자원 수요.<자료=UN 보고서>
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