[해양심층수] 동해 300m 깊은 바다에서 미래의 식수가 쏟아진다

[푸른별(靑星)]

[해양심층수] 동해 300m 깊은 바다에서 미래의 식수가 쏟아진다

무병균에 미네랄이 풍부하게 함유된 해양심층수, 세계 4번째로 개발 성공
생산비도 광천수의 100분의 1... 하루에 300톤씩 생산, 내년 말 상용화 예상
 

▲ 올 연말 완공될 동해 심층수 개발센터 조감도. 두 개의 시추관이 300m와 500m 수심에서 매일 1100톤의 심층수를 끌어올린다.

1974년, 중동발 오일쇼크에 대응해 새로운 대체에너지를 찾던 미국의 과학자들은 차가운 심해수를 뽑아올려 따뜻한 표층해수와의 온도차를 이용해 유체를 이동시킨다면 전기 에너지를 얻을 수 있다는 ‘해양온도차발전’ 이론을 구상해냈다. 20도가 넘는 수온의 차를 이용, 온도에 따라 부피가 달라지는 암모니아 가스 같은 냉매를 이동시켜 터빈을 돌리는 이 연구는 그 후 국제유가가 안정되면서 시들해졌다. 그러나 과학자들은 이 연구를 계기로 전체 바닷물의 95%를 차지하는 심해수에 비밀이 숨겨져 있음을 눈치챘다. ‘인류의 마지막 자원’ ‘미래의 생명수’라는 해양심층수는 그렇게 세상에 모습을 드러냈다.

햇빛이 닿지 않는 200m 수심 아래의 해양심층수는 계절에 상관없이 연중 섭씨 2도 안팎의 저온을 유지하며 병원체나 유기물이 거의 없는 극도의 청정수로, 해양식물의 생장에 필수적인 영양염과 미네랄이 다량 함유돼 있었다.

1976년 일본의 과학자들이 해양심층수의 새로운 이용 가능성에 열정을 보이기 시작했다. 그들은 ‘심층수를 육지로 끌어올려 염분을 제거하고 민물로 바꾼다면 식수로 쓸 수 있을 것’이라 생각했다. 주판을 두드려본 결과 표층해수(얕은 바닷물)를 담수화하는 것보다 비용이 절반도 안 들었다. 각종 불순물을 제거해야 하는 표층해수와 달리 해양심층수는 소금기만 빼면 바로 먹을 수 있기 때문이었다. 더구나 청정성과 영양소가 약수, 생수라 불리는 광천수보다 월등했다. 광천수와 비교해서 다시 생산비용을 산정해본 그들은 흥분에 휩싸였다. 광천수 생산비의 100분의 1에 불과했기 때문이다. 그로부터 30년이 지난 지금 일본의 해양심층수 관련 상품은 연간 2조5000억원의 시장을 형성하고 있다.

바닷물의 95%, 염분 빼면 바로 식수

지난 10월 26일 강원도 고성군 죽왕면 오호리 해안의 한국해양심층수연구센터. 호스가 복잡하게 연결된 기계로부터 갓 뽑아낸 투명한 물을 연구원이 컵에 담아 나에게 건넸다. 물은 차고 맑았다. 떫은 감물을 한 방울 떨어뜨린 듯하기도 하고 탄산약수처럼 쌉싸래하기도 하다.

소금기는 전혀 없다. “우리나라 동해의 심층수로 뽑아낸 생수 시제품입니다. 소금만 걸러내고 미네랄은 많이 남긴 경도 500짜리로(숫자가 높을수록 미네랄 함량이 많다) 해양심층수 원액에 가까운 겁니다.” 내가 마신 물은 우리나라 동해의 300m 수심에서 길어올린 심층수였다. 최하 200년 묵은 바닷물로 지금껏 태양광선이 닿은 적 없고 살아있는 어떤 식물체도 품어본 적 없는 물이라고 한다.

“5년간의 연구와 개발 끝에 마침내 연말이면 동해에서 뽑아올린 해양심층수가 담수화를 거쳐 식수로 등장합니다.” 한국해양연구원 산하 해양심층수연구센터의 김현주(44) 센터장은 상기된 표정으로 말했다. 이는 미국, 노르웨이, 일본에 이어 세계에서 4번째로 성공한 해양심층수 개발이며 미래의 대체 식수자원을 향한 첫걸음이다. 오는 11월 말이면 3㎞ 길이의 취수관 공사가 완료되고 연말이면 하루 1100톤의 심층수를 뽑아올려 최대 300톤의 담수를 매일 생산하게 된다. 해양심층수연구센터가 입지한 오호리는 200m 심해까지 불과 2.4㎞ 거리밖에 되지 않는 취수의 적지로 2002년 8월에 이곳을 방문한 일본의 해양심층수 권위자 나카지마 박사는 “천혜의 심층수 해역”이라고 경탄했다.

해양심층수는 그동안 일본과 미국으로부터 수입돼 일부 부유층 사이에서 음용돼 왔으나 일반인에게는 베일에 가려져 있다. 우리나라는 매년 20억원 가량의 해양심층수 원료와 상품을 턱없이 비싼 가격에 수입해왔고 그 와중에 가짜 해양심층수를 팔다가 적발된 업자도 제법 있었다.

 
▲ 해양심층수연구센터의 연구원들이 심층수로부터 담수와 소금이 분리되는 과정을 지켜보고 있다.

한국해양연구원은 2000년부터 동해의 해양심층수 개발 가능성을 연구하기 시작해 지난해에 해양심층수연구센터와 취수시설 건립을 본격화했다. 그동안 연구센터가 매달린 난제는 두 가지. 취수 파이프를 싸게 만들 수 있는 방법과 일본산 담수화 설비를 대체할 수 있는 ‘신형식 역삼투 분리막’이란 새로운 담수화 소재의 개발이었다. 그 두 가지가 성공함으로써 한국 해양심층수 개발은 사업으로서 경제적 타당성을 가지게 되었다.

해양심층수의 산업화 역사는 30년이 넘지만 200m 심해가 육지에 인접해 있어야 하는 지리적 조건, 육상 식수보다 큰 생산비용을 커버할 수 있을 정도의 경제적 수요, 담수화 기술수준이 뒷받침돼야 한다는 기술적 조건 탓에 세계적으로 보급되지는 않았다.

심층수 연구가 처음 시작된 미국 하와이의 자연에너지연구소(NELHA)에는 29개 식품 제약 벤처기업이 입주해 연간 400만달러의 소득을 창출하고 있으며 (가령 미국의 사이노텍사(社)는 해양심층수를 이용해 스피루이나라는 미세조류를 키워서 고가의 건강식품으로 판매하고 있다) 노르웨이는 해양심층수를 뽑아올려 연어 양식에 이용하고 있다. 여름철 노르웨이의 피오르드 해안은 빙하가 녹은 흙물이 뒤덮어 수산 양식에 막대한 피해를 입혔으나 신선한 해양심층수로 수산양식용수를 대체하면서 문제를 해결했다. 해양심층수의 왕국이랄 수 있는 일본은 1976년부터 해양식물의 생장, 수산 양식 등을 연구하기 위해 16개 지자체에서 심층수를 개발하기 시작해 생수, 맥주, 음료, 소금, 화장품, 약품, 두부 등 1000여종의 심층수 활용 상품을 생산하고 있다.

우리나라 연구진이 만든 신형식 역삼투 분리막은 기존의 전기투석식 분리막보다 싸고 뛰어난 성능을 가지고 있다. 심층수 취수용 파이프는 엄청난 수압과 바닷물의 부식에 견뎌야 하며 또한 유연성이 있어야 하므로 대단히 비싼 소재를 쓸 수밖에 없었는데 심층수연구센터는 고밀도 폴리에틸렌 파이프를 안에 넣고 그 바깥을 강철관(천해의 땅 속에 묻는 부분)이나 스틸와이어(심해에 들어가는 부분)로 보강함으로써, 폴리에틸렌 파이프-스틸와이어-폴리에틸렌의 3중구조로 만든 일본 취수관에 비해 성능은 거의 동일하면서도 가격은 절반도 안되는 제품을 고안해냈다. 그 결과 90억원이 넘는 기존의 시설비를 40억원으로 낮출 수 있게 됐다.

냉방에너지, 식물 배양수로도 활용

UN 인구행동연구소가 물 부족국가로 분류한 우리나라에서 심층수는 미래의 식수로 가능성이 점쳐지고 있다. “댐은 무한정 지을 수 없지만 심층수는 무한정 뽑아낼 수 있고, 또 생태계에 전혀 영향을 끼치지 않는다는 점에서 환경오염과 자원고갈의 염려가 없는 완벽한 자원”이라고 김현주 센터장은 말했다.

▲ 지름 216mm의 해양심층수 취수관.

‘아무리 바닷물이 광대하지만 끝없이 뽑아내면 그 양이 줄어서 해양생태계의 교란이 일어나진 않을까’ 하는 의구심이 들 수도 있겠지만 심층수연구센터의 문덕수 박사는 “동해라는 그릇에 매일 들어오고 나가는 심층수(사용 가능량)가 하루 48억톤에 달하고, 동해 심층수가 상용화됐을 경우 최대 취수량이 하루 2만톤 이하니까 걱정할 필요는 없다”고 했다.

특히 심층수는 현재 지하 광천수로 만드는 생수보다 청정성과 건강성이 더 뛰어나 상품성이 대단히 높다. 병원균은 전혀 없고 인체에 필요한 미네랄(칼슘, 칼륨, 마그네슘, 나트륨 등)은 더 풍부하다. 그에 비해 제조비는 생수 가격의 100분의 1에 불과하다. 해양심층수의 담수화 비용은 수돗물 값의 2배인 톤당 1200원이니 1리터에 800원꼴로 팔리는 광천수의 가격(제조원가는 100~200원)과 비교하면 대단한 가격경쟁력을 가지는 셈이다. 또한 담수를 걸러내고 남은 소금도 보통 소금과 다른 청정염이다. 해양심층수연구센터는 미네랄이 풍부한 소금을 추출할 수 있는 특수 제염방법도 개발했다.

한편 심층수는 바닷속에서 섭씨 2도, 관을 통해 육지에 올라왔을 때도 섭씨 5도를 유지하기 때문에 훌륭한 냉방용 에너지로 활용할 수 있다. 일본의 경우 냉장시설, 제빙시설, 화훼재배시설 등에 심층수가 쓰이고 있다. 1일 100톤의 심층수를 끌어올리면 8~16가구에 냉방을 제공할 수 있다. 다만 심층수의 냉방 사용은 심층수 취수시설과 가까운 해안도시에서만 가능하다는 지리적 한계가 있다.

일본에선 해양심층수 얼음이 생선 저장용으로 널리 쓰이고 있다. 담수얼음보다 얼리기는 어렵지만 일단 얼면 쉽게 녹지 않고 녹아도 바닷물이므로 생선의 육질을 무르게 만들지 않는다. 영하 10도 정도로 얼려 팥빙수와 같이 푸석푸석한 셔벗 상태로 만드는데 꽝꽝 얼린 얼음보다 생선의 모양을 파괴하지 않아 좋다고 한다. 섭씨 20도가 넘는 일반 표층해수를 얼리는 비용과 5도 미만의 심층수를 얼리는 비용이 천양지차임은 물론이다.

또한 해양심층수는 해조류에 최적의 배양수로 주목받고 있다. 해조류 성장에 필수적인 질소, 인산, 규소가 표층해수보다 수십 배 많고, 김과 미역이 겨울에 성장하는 것처럼 고온수보다 저온수에서 잘 자라는 해조류에 더할 나위 없는 양수다. 일본에선 심층수로 여름에 다시마를 키워 전복의 먹이로 주고 있으며 새우 종묘장에 심층수를 사용해 바이러스 발병률을 현저히 줄였다.

▲ 심층수에서 추출된 청정염. 밀가루처럼 입자가 곱다.

강원대의 실험에 의하면 토마토, 배추, 고추 육묘 배양에도 심층수의 효과가 크다. 강원대 강원희 교수는 “육묘를 키울 때는 생장에너지를 비축시키기 위해 웃자람을 어느 정도 막아줘야 하는데 웃자람 방지제로 지금까지 써온 농약 대신 정제하지 않은 심층수를 사용한 결과 염분이 웃자람을 막아주는 효과를 발생시켰다”며 “인체에 해로운 농약에 비해 심층수는 무해한 데다 비용도 싸서 육묘 재배의 혁신이 예상된다”고 했다.

연구센터의 정동호 박사는 “올해까지는 외국의 선례를 참조한 단순이용에 초점을 두어왔으나 내년부터는 우리 고유의 적용 분야를 찾아 연구할 계획”이라며 “국내의 대학, 연구소와 공동연구를 진행하고 있다”고 했다. 심층수연구센터는 현재 배재대, 수자원연구원과 담수화 장치 연구를, 강원도립대, 경상대와 전복과 김 양식을, 충북대와 해양미생물 자원 개발을, 강원대와 농산물 재배를, 기계연구원과 진공동결분무건조장치 등을 연구하고 있다.

국내 8개 식품 제약업체 개발 의욕

그러나 해양심층수로 만든 생수를 매장에서 사먹으려면 아직도 1년은 더 기다려야 할 전망이다. 현재 완공예정인 취수시설은 상업시설과는 별개의 순수한 연구시설이므로 만일 지자체나 민간기업이 해양심층수 판매사업을 하려면 따로 상업용 취수시설을 건설해야 하기 때문이다. 현재 해양심층수의 산업화에 가장 적극적인 지자체는 역시 강원도 고성군이다. 고성군의 고광순 정책개발팀 계장은 “상업적 취수설비와 공장까지 지으려면 500억원이 필요한데 현재 200억원의 초기자본을 마련한 상태에서 300억원의 외자를 유치 중이다. 돈이 마련되는 대로 해양심층수 산업화단지 조성에 착수할 계획”이라고 말했다. 해양수산부는 2015년까지 고성군을 비롯한 동해안 7곳에 해양심층수 개발단지가 순차적으로 개발되도록 지원할 계획을 가지고 있다.

우리나라의 경우 심층수 취수가 가능한 지역은 동해안뿐이다. 서해, 남해는 200m가 넘는 심해가 없어 불가능하고 제주도도 200m 심해의 거리가 멀어 사업타당성이 희박한 것으로 진단된다.

현재 강원대학교, 수자원연구원 등의 연구기관과 동원F&B, 현대약품, 국순당 등 8개 기업체가 심층수 연구와 실용화 개발에 의지를 불태우고 있다. “해양심층수를 간단하게 이용하는 기술은 거의 완성된 단계이고 생산기술과 유통망을 갖춘 업체들이 연구개발에 참여하고 있는 만큼 2006년 하반기면 그 업체들에 의해 생수, 음료수, 화장품 등의 해양심층수를 활용한 제품이 상용화할 것으로 보인다”라고 김현주 센터장은 말했다. 동해안 7개 시ㆍ군이 다 참가한다고 가정할 경우 해양심층수 개발로 인한 연간 경제수익은 9800억원 규모다.

해양심층수의 효능이 뛰어난 것은 이미 외국에서 어느 정도 입증된 사실이지만 효능에 대한 지나친 기대는 금물이다. 김 센터장은 “해양심층수가 마치 암이나 당뇨 치료에 효험이 있는 만병통치약인 것처럼 홍보되고 있는 것은 문제”라며 “자칫 국민에게 나중에라도 실망감을 심어줄 수 있다”고 우려했다. 심층수의 미네랄과 무균성이 인체에 유익함은 사실이고 또 일부 질병을 낫게 할 수 있다는 몇 가지 임상 결과가 나와 있기는 하지만 구체적으로 어떤 성분이 어떤 효능을 발휘하는지는 과학적으로 입증된 바가 없기 때문이다. “해양심층수는 신비한 약수가 아니고 안전하고 유익한 식수의 하나로 보편화할 때 투기성 없는 합리적인 사업으로 널리 퍼질 수 있다”고 김 센터장은 말했다.

한국해양심층수연구센터 김현주 센터장
 

낡은 컨테이너에서 연구비 5000만원으로 시작

“5년이라는, 길다면 길고 짧다면 짧은 연구와 개발 끝에 드디어 동해의 해양심층수를 뽑아 올리기 위한 첫 파이프가 강원도 고성 앞바다에 들어갑니다.”

심층수 프로젝트를 이끌어온 한국해양심층수연구센터의 김현주 센터장은 경남 하동이 고향으로 부산수산대학교 해양공학과에서 ‘연안생태계 구조물 안정성 연구’로 박사학위를 받았다. 한국해양연구원에서 파동펌프(파도 에너지를 이용한 해수 수송장치)를 연구하던 그는 일본의 해양심층수 연구성과를 검토한 끝에 ‘파동펌프와 똑같은 원리로 해양심층수를 값싸게 끌어올릴 수 있다’는 확신을 가지게 됐다.

그러나 5년 전 해양심층수란 황무지에 단신으로 뛰어들었을 때 동료 연구원들은 그를 만류했다. 해양수산부가 준 초기 연구비는 고작 5000만원. 김 센터장은 그 돈으로 고성군 오호리 해안에 컨테이너 두 동을 놓고 보조연구원도 없이 3년간 외로운 연구를 했다. 대기업을 상대로 민자유치 설명회까지 벌였지만 “정부가 먼저 기반 조성을 해줘야 한다”며 선뜻 나서지 않았다.

3년 동안 13차례의 타당성 검토안을 보고한 끝에 2003년에 해수부로부터 소형 취수시설비 20억원을 지원받았다. 그러나 우여곡절이 적지 않았다. 당시 한 지자체가 “미국계 투자회사의 투자를 유치해 해양심층수산업단지를 조성하겠다”고 발표하자 정부는 “중복투자가 될 수 있으니 취수시설은 지자체에 맡기고 기초연구만 하자”며 김 센터장의 제안을 밀쳐냈다. 그러나 그는 “투자미정 상태에서 마냥 기다릴 수 없으니 최소한의 시설이라도 갖춰야 한다”고 정부에 호소, 마침내 연구비를 받아냈다.(그 지자체의 외자 유치는 무위로 끝났다.)

파이프라인 설계 및 설치 부문의 정동호 박사와 해양화학 분야의 문덕수 박사가 새 식구로 들어오면서 연구는 한층 가속이 붙었지만 취수시설비는 여전히 부족했다. 김 센터장은 수자원공사를 찾아가 “해양심층수 개발은 미래 식수를 마련하기 위한 대안”이라고 설득, 지난해 11월에 20억원의 연구협력투자를 얻어냈다.

가시적인 연구성과들이 이어지자 마침내 해양수산부는 2010년까지 250억원을 지원하는 장기계획을 확정했고 시추사업은 일사천리로 진행되기 시작했다. 지난 2월에 ‘해양심층수개발 및 관리에 관한 법률’안이 국무조정을 거쳐 입법추진되고 있고 5월에 심층수연구센터가 완공됐다. 3월에 계약한 취수시설 공사는 11월이면 완공될 예정이다. 김 센터장은 “물, 식량, 에너지는 돈으로 매길 수 없을 만큼 중요한 생존 필수자원으로 그 개발은 국가의 책무다. 해양심층수는 우리의 미래를 위한 준비”라고 힘주어 말했다.