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Seawater

Ⅰ. 해수 (Seawater)

해수(바닷물)란 ?

바닷물은 96.5% 순수한 물과 30여종의 주요 원소로 구성되었으며, 원소중 99%는 Cl-, Na+, SO42-, Mg2+, Ca2+ , K+ 이 전체 원소의 99.9%를 차지하고 있다
이러한 원소들은 대부분 하천 등을 흐르는 동안 암석 등 포함된 성분에서 용해되어 바다로 운반된 것이며, 일부는 해저 화산 폭발에 의한 화산 가스가 해수에 녹아 공급된 것이다.
바다는 지구 표면의 71%를 차지하고 있으며, 태양에너지의 80%가 열에너지로 저장되는 거대한 에너지 저장소로 발전(조력, 조류, 피력, 온도차발전, 기스하이드레이드의 형성을 이용한 해담수화기술, 해양심층수 활용 등 저장된 에너지를 활용하기 하기 위한 많은 기술이 연구개발되고 있다.

(해수 1kg중 주요 성분)


구 분	순수한 물	무기염류
중량 (비율)	965g(96.5%)	35g(3.5%)
주요 성분		염소와 나트륨(85%), 기 타 (15%)

표준 해수의 특성

1) 해수의 염분(염도)

전세계 바닷물의 평균 염분 농도는 약 35‰(퍼밀)로 이는 바닷물 1000g 속에 약 35g의 염류가 녹아 있는 것을 의미 한다.
※ ‰(퍼밀) : 해수 1㎏ 중에 녹아 있는 고형물질의 총량을 g으로 나타낸 것(g/kg)

2) 염분 측정방법

염분을 직접 측정하는 것은 기술상 곤란하여 간적측정 방법이 쓰이는데 일반적으로 염소량(Cl %)을 측정하여 쿠눗센(Knudsen)의 실험식으로 염분S(%)를 구하는 방법이 널리 쓰인다. 일반적인 담수화시설에서의 수질관리는 염분 대신 TDS(Total Dissolved Solids) 또는 전기전도도(conductivity)를 측정하여 수질상태를 관리하고 있다.
※ 쿠눗센(Knudsen) 실험식 : 염분(S) = 0.03+1.805×염소량(Cl; chloride)

3) 염분의 변화

염분 변화는 일사량과 증발량, 강수량에 의한 담수유입, 조수간만의 차에 따른 해수유입 등에 의해 변할 수 있다. 홍해의 경우 평균 염분 농도가 37∼41‰ 정도로 높은데 이는 아프리카 대륙과 아라비아 반도 사이 건조지대에 위치하고 있어 증발도가 높은 반면 하천이 없어 외부에서 유입되는 담수가 없어 높은 염도를 유지하고 있다. 반면, 아프리카·아시아·유럽의 3개 대륙에 둘러싸여 있는 유럽 지중해의 염분 농도는 38‰ 정도이다.

(해수의 물리적 성질)


구 분	비 율	구 분	비 율
pH	약 8.1	비열, 열용량, 표면장력	크다
밀도	1.02~1.04g/㎤	끓는점·녹는점이	높다.
해수 TDS	35,000 ~ 45,000mg/ℓ	물질을 잘 녹인다.

4) 우리나라 주변의 수온과 염분


구분	북한 한류수	동해 고유수	쓰시마 난류수	황해 저층냉수	중국대륙 연안수
수온	1~4℃	1℃ 내외	20℃ 이상	10℃ 이하	9.8~28.1℃
염분	34.0~34.1‰	34.0~34.1‰	30.0~34.0 ‰	약 33.5 ‰	30.0 ‰

표준 해수 성분

1) 해수의 화학적 조성 및 농도


화학적 조성	농도(mg/kg)	화학적 조성	농도(mg/kg)
Chloride (Cl-)	18,980	Lead (Pb)	0.004~0.005
Sodium (Na+)	10,560	Selenium (Se)	0.004
Sulfate (SO₄2-)	2,560	Arsenic (As)	0.003~0.024
Magnesium (Mg2+)	1.272	Copper (Cu)	0.001~0.09
Calcium (Ca2+)	400	Tin (Sn)	0.003
Potassium (K+)	380	Iron (Fe)	0.002~0.02
Bicarbonate (HCO₃)	142	Cesium (Cs)	0.002
Bromide (Br)	65	Manganese (Mn)	0.001~0.01
Strontium (Sr)	13	Phosphorous (P)	0.001~0.10
Boron (B)	4.6	Thorium (Th)	≤0.0005
Fluoride (F)	1.4	Mercury (Hg)	0.0003
Rubidium (Rb)	0.2	Uranium (U)	0.00015~0.0016
Aluminum (Al)	0.16~1.9	Cobalt (Co)	0.0001
Lithium (Li)	0.1	Nickel (Ni)	0.0001~0.0005
Barium (Ba)	0.05	Radium (Ra)	8×10-11
Iodide (I)	0.05	Beryllium (Be)	-
Silicate (SiO₂)	0.04~8.6	Cadmium (Cd)	-
Nitrogen (N)	0.03~0.9	Chromium (Cr)	-
Zinc (Zn)	0.005~0.014	Titanium (Ti)	Trace

2) 염분비 일정의 법칙 :염류 성분의농도는 지역에 따라 다르지만 그 구성 비율은 일정하다.


염 류	화 학 식	염분(g/kg,‰)
염화나트륨	NaCl	27.21
염화마그네슘	MgCl2	3.81
황산마그네슘	MgSO4	1.66
황산칼슘	CaSO4	1.26
황산칼륨	K2SO4	0.86
탄산칼슘	CaCO3	0.12
브롬화마그네슘	MgBr2	0.08
합 계	-	35.00

하와이 자연에너지연구소(NELHA)의 해수 활용

1) 연구개발 방향 :바다에 저장된 태양에너지를 활용하는 OTEC 기술 적용

(1) 해양 (Ocean)

(2) 열 (Thermal)

(3) 에너지 (Energy)

(4) 보전 (Conversion)

2) 해수 활용 방향

(1) 양식업 및 해양생믈공학

① 독특한 온 ․냉 해수공급

② 연중무휴 안정적인 해수배급시스템

③ 청정하고 순수한 자연

④ 폭넓은 온도범위 (4 ~ 28℃)

⑤ 연중 양식에 적합한 겨울이 없는 쾌적한 날씨

⑥ 얍분의 집중 및 높은 일조량이 식물의 성장을 가속화 함

(2) 해양 심층 수산물

① 생수 (광천수)

② 식용 소금

③ 식용 소금 스프레이

④ 목용용 미용 소금 및 천일염 등

(3) 열전도 애플리케이션

① 산업용 냉각

② 에어 컨디셔닝

③ 냉각 양식

④ 담수 생산

⑤ 재생 가능한 에너지 생산

(4) 에너지 관련 애플리케이션

① 열 전도 애플리케이션을 활용한 에너지 생산

② 해양에너지전환(OTEC) 애플리케이션

③ 조류에서 바이오연료

④ 연구 개발 및 데모를 통한 상용화

Ⅱ. 해양심층수(Deep Ocean Water)

해양 심층수란

태양광이 도달하지 못하는 수심 200m 이상의 깊은 곳에 존재하는 바닷물을 칭한다. 해양심층수에는 유기물의 분해가 쉽게 진행되어 유기물 함량이 적은 반면 지상 등에서 유입되는 병원균 등 유해 물질은 상대적으로 적은 장점을 가지고 있다.
또한, 해양식물의 성장에 필수적인 질소, 인 등 영양염류가 장기간 숙성되어 있을 뿐만 아니라 깊은 수심에 위치하고 있어 연중 수온이 거의 일정한 청정자원이다.
해양 심층수는 깊은 심해에 위치하여 저온성, 청정성, 안정성, 부영양성, 숙성성 등이 우수하여 음료, 식품, 화장품 등 다양한 상품에 이용 되고 있다.

(해양 심층수 취수 ; 자료 해양심층수연구센터)

심층수의 특성

① 연중 수온이 2도씨 이하로 안정되어 있다. (저온성)
② 해양식물의 성장에 필수적인 영양염류가 풍부하다. (부영양성)
③ 유기물이나 병원균 등이 거의 없어 청정하다. (청정성)
④ 필수 미량 원소나 각종 미네랄이 균형있게 포함되어 있다.(미네랄 특성)
⑤ 고압 하에서 긴 세월을 들여 형성되어 수질이 안정되어 있다. (숙성성)

(해양심층수(DSW)와 표면해수(SSW) 특성 비교)


구 분	한국 동해안	일본고치현	미국 하와이
수 온(℃)	1.52 ~ 1.9 (14.5 ~ 23.1)	8.1 ~ 9.8 (16.1 ~ 24.9)	6 ~ 8 (24 ~ 28.5)
수온이온농도	7.19 ~ 7.90 (8.16 ~ 8.20)	7.8 ~ 7.9 (8.1 ~ 8.3)	7.6 (8.3)
염 분(‰)	33.72 ~ 33.94 (32.5 ~ 33.0)	34.3 ~ 34.4 (33.7 ~ 34.8)	34.3 (34.7)
용존산소(mg/l)	9.13 ~ 9.47 (7.79 ~ 8.9)	4.1 ~ 4.8 (6.4 ~ 9.5)	1.24 ~ 1.45 (6.87 ~ 7.28)
취수수심	200m	320m	600m

(심층수를 이용한 다양한 제품)

해양심층수


구 분	특 성	활용분야
저온성	년중 안정적인 저수온 해수	- 고수온에 의한 질병 및 사망 방지 - 한수성 어패류의 종묘 생산 및 양식 - 냉방, 냉장, 냉동을 위한 에너지 활용
청정성	병원균과 유기오염물이 적은 청정 해수	- 청정한 양질의 사육수 확보 - 하계 축양수 활용
부영양성	해양식물 생장에 필요한 질소, 인, 규소 등의 무기영양염이 풍부한 부영양 해수	- 식물성 및 동물성 플랑크톤 배양 - 해조류의 배양 및 이를 이용한 복합양식 - 해역 기초생산량 증대
속성성	수압 20기압 이하에서 오랜 기간 성숙한 숙성 해수	- 식품 첨가제로 활용 - 화장수 및 화장품 등의 개발에 활용
안정성	다양한 필수 미량원소가 균형있게 용존해 있는 안정 해수	- 유용물질(희소금속 및 에너지원) 추출 - 기능성 음용수 또는 음료수 제조 - 의료 또는 약용수로 활용

(제주 용암해수를 이용한 다양한 제품)

(자료 : 해양심층수연구센터)


응용분야	저온성	청정성	부영양성	이용목적과 형태
온도차 발전	●			에너지생산
내각열원 이용	●	●		발전소 냉각수, 가스터빈 흡기냉각
냉방이용	●	●		공기조화, 지온제어
담수화 이용	●	●		담수제조, 순수제조
용존물질 추출		●		제염, 희소금속 회수, 식품, 의약품
지구환경 보존	●	●	●	CO2고정, 해조장 조성
생물생산 기술	●	●	●	해양생물생산(식량자원)
의약용 이용	●	●	●	해양요법, 해양생물공학

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