Deep Water / Deep Seawater / Deep Ocean Water
목차
1) 바다와 육지
2) 바다의 층상 구조
3) 해양심층수(심층수)의 정의
1) 대류에 의한 순환
2) 용승(湧昇, upwelling)에 의한 순환
1) 저온성
2) 청정성
3) 부영양성
4) 숙성성
1) 건강 및 의료에 이용
2) 화장품 제조에 이용
3) 식품 제조에 이용
4) 양식어업에 이용
5) 농업에 이용
6) 해양온도차발전(OTEC, Ocean Thermal Energy Conversion)에 이용
7) 냉방에 이용
8) 리튬(Lithium) 추출에 이용
9) 심층수의 다목적 이용 개념
1) 현황
2) 해양수산부 해양심층수 개발사업 추진계획
1) 일본
2) 미국
내용
1) 바다와 육지
지구 표면은 약 71%가 바다이고 나머지 29% 정도가 육지로 되어 있습니다. 육지에 산과 계곡이 있어서 육지의 표면이 울퉁불퉁한 것처럼 바다 밑 해저의 모양도 육지 못지 않게 험한 지형이라는 것이 알려져 있습니다. 육지에서 세계 최고봉인 에베레스트 산(Mt. Everest)의 높이는 8,848m인데, 지금까지 알려진 바닷속의 가장 깊은 곳은 마리아나 해구(MarianaTrench)의 첼린져 해연(Challenger Deep)으로 수심이 10,924m나 됩니다. 육지의 평균 높이는 약 840m이고, 바다 밑 바닥을 모두 평평하게 하였을 때의 해저의 평균수심은 3,795m가 된다고 합니다. 또 육지와 해저면을 통털어 평평하게 한다면 지구는 수심이 2,400m 정도의 바다가 된다고 합니다.
2) 바다의 층상 구조
| 해수는 깊이에 따른 온도 변화에 따라 오른쪽
그림에서 보여주는 것처럼 크게 3개의 층으로 나눌 수 있습니다. 표면으로부터 200m까지는 표층수대(surface zone, 그림에서
혼합층으로 표시),
200 ~ 1,000m 사이는 수온약층(pycnocline) 또는 저층수대, 그리고 1,000m 이하는
심층수대(deep zone)라고 하는 3개층으로 나눌 수 있으며, 그 깊이는 대략적인 값으로 위도에 따라 변화가 많습니다.
표층수대는 대기와 바로 접하고 있어서 태양열을 흡수하고, 해수의 증발과 강우량 등 계절적 변화에 민감하여 항상 변화가 심한 부분입니다. 표층수대는 약 100~500m의 두께를 가지며 해양 전체의 약 2%의 부피를 차지하며 가장 밀도가 낮습니다. 표층수대 내에서는 해수들의 혼합과 수직 이동이 활발하여 거의 안정되어 있지 못합니다. 또한 바람, 파도, 차가운 해수의 유입 등이 더욱 혼합을 유발시키는데 표층수대를 혼합층(mixed layer)이라 부르기도 합니다. 수온약층대는 깊이에 따라 수온이 급속도로 변하는 부분을 일컫는데, 표층수대에 비해 매우 안정된 층을 이룹니다. 수온약층대에서는 밀도와 염도 또한 깊이에 따라 크게 변합니다. 이 층은 적도에서 약 50도의 중위도에 이르기까지 심층수를 표면 해수로부터 고립시키는 역할을 합니다. 수온약층대는 저층수대라고도 부릅니다.심층수대는 전체 해양의 80%를 차지하며 1,000m 이하의 깊이에 해당됩니다. 그러나 고위도에서는 심층수가 직접 대기와 접하기도 하는데, 바로 이곳을 통하여 심층수대에 용해된 산소가 공급됩니다. 고위도에서 차가워진 심층수는 수직 순환인 대류에 의해서 가라앉게 되는데, 바로 수괴(water mass)의 움직임이 이 곳에서 시작됩니다. 심층수대 내에서 는 깊이에 따른 온도, 염도, 및 밀도의 변화가 거의 없이 일정합니다. 심층수대에 있는 바닷물이 해양심층수 입니다. |
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(Source : 미래의 자원, 바다에서 건진다. 송승달 번역 / Takahashi M. 지음. http://bh.knu.ac.kr/~sdsong/바다의%20자원%20종합.htm) |
이와같은 바다의 층상 구조를 나타낸 아래 그림을 참고하세요.
그림 18. 해수의 층상구조
(Source : 경상대학교 최진범 교수 홈페이지 http://nongae.gsnu.ac.kr/~jbchoi/index/earth/chap3/image/3-11b.jpg)
3) 해양심층수(심층수)의 정의
위 2) 에서 대략 수심 1,000m 이하의 심층수대에 있는 물이 심층수라고 했으나, 이와는 다른 의견도 있습니다. 즉 수심 200m 부근까지의 바다를 천해(淺海)라하고, 이 보다 깊은 바다를 심해(深海)라고 하며, 심해에 있는 물을 해양심층수(심층수)라고 부른다는 것입니다. 이와같은 혼란과 관련하여 일본의 「수산심층수(水産深層水)협의회」에서 해양심층수의 정의를 내렸습니다. 아래는 「한국원양어업협회」홈페이지에서 가져온 해양심층수의 정의 관련 내용입니다.
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일본의 水産深層水 협의회(2000년 11월 수산청 주도로 설립되었으며 위원장은 高橋正征 東京大 교수임)는「해양심수층」의 상품 가치 및 거래 기준이 되는 정의(定義)를 다음과 같이 제정해 정부에 보고했다. 이 협의회는「해양심층수」를「광합성에 의한 유기물 생성이 일어나지 않고 분해가 탁월하며 겨울철 해수 수직 혼합(海水垂直混合)작용이 도달하는 심도(深度)의 이하에 있는 해수」로 정의를 내리고 있다. 이 정의(기준)는 해양심층수의 자원적 가치가「안정된 저온성(低溫性)」,「청정성(淸淨性)」,「미량원소 보유성(微量元素保有性)」에 있기 때문에 이를 보증할 수 있는 깊이(深度)를 기준으로 지금까지 알려진 지식에 의해 표현한 것이라고 설명했다. 그렇기 때문에 앞으로의 연구 결과에 따라서는 해양심층수의 정의 표현이 바뀔 가능성도 있다고 부언했다. 이 정의에 따른 해양심층수의 존재 수역은 대략 2백m 以深으로 되어 있으나 수역에 따라서는 자원적 가치가 불충분한 곳도 있을 수 있기 때문에 해양심층수를 취수(取水)하는 자는 사전에 취수계획 수역의 해양수가 이용 목적에 부합되는지 여부를 충분히 검증할 필요가 있다고 강조했다. 그리고 협의회는 해양심층수를 취수하는 자가 표시해야할 항목과 내용에 관해서도 검토한 바 있다. 협의회는 해양심층수 취수자가 소비자에 알리는 것이 바람직한 항목으로 다음 몇가지를 열거했다. ▲해양심층수의 자원성을 손상시키지 않는 취수방법 및 보존방법 ▲지역 특성 항목 : 취수장소, 취수수심 및 해저로부터 떨어진 거리, 수온, 염분, 용존산소량, PH, 영양염농도, 유기물량, 생균수(生菌數) 등 현재 일본에서는 토야마(富山), 코오치(高知), 오키나와(盓繩)의 3개 縣에서 해양심층수 취수 시설이 본격 가동되고 있으며 시즈오카(靜岡)縣도 올해부터 가동시킬 예정이다. 일본에서의 해양심층수 이용 상황을 보면 수산(양식, 제조) 분야는 물론이고 식품, 음료수, 화장품 등 다양한 분야에서 이용되고 있을뿐더러 지금도 해양심층수로 새로운 상품을 계속 만들어 내고 있기 때문에 해양심층수의 경제적 가치는 예단키 어려운 상황이다. |
(Source : 日, 「해양심층수」정의 내려, 2001년6월1일자 원양어업지, 한국원양어업협회 홈페이지, http://kodefa.or.kr/information/kodefamag/010601/economy5.htm)
1) 대류에 의한 순환
위도가 높고 추운 지방의 해수면이 냉각되어 해수의 온도가 낮아지면 비중이 커집니다. 이 비중이 커져 무거워진 해수는 점차 심층으로 하강하여 온 세계의 심해를 흐르게 됩니다. 심해를 흐르는 동안 표층으로부터 전해진 열에 의해 온도가 상승하여 가벼워진 심층수는 표층으로 떠오르게 됩니다. 표층수가 심층에 내려가는 무거운 물이 되는 곳으로는 염분농도가 진한 대서양의 그린랜드(Greenland)의 해안과 남극의 ??데르 해(Weddell Sea)가 알려져 있습니다. 북대서양과 북태평양을 비교하면 북대서양의 염분농도가 조금 진합니다. 이것은 북태평양 쪽에 비가 많아 해수가 희석되기 때문이라고 알려지고 있습니다. 북대서양과 북태평양이 동시에 냉각하면 북대서양의 해수가 염분이 진한 정도만큼 무거워져 그곳에서 심층으로 하강하게 되는 것입니다.
(Source : 미래의 자원, 바다에서 건진다. 송승달 번역 / Takahashi M. 지음.
http://bh.knu.ac.kr/~sdsong/바다의%20자원%20종합.htm)
북대서양에서 하강하는 해수는 심층에서 서서히 흘러가서 남극 해에 달하고 거기서 ??데르 해에서 하강하는 해수와 합류하고 나아가 인도양과 태평양까지 흘러갑니다. 그린랜드에서 하강한 해수가 남극 해에 도달할 때까지는 약 2000년이 걸리며, 남극해를 거쳐서 태평양과 인도양에 들어가고 거기서 하루에 1cm 정도의 속도로 위로 상승하여 표면에 도달하는 때까지 또 2000년 정도 걸리는 것입니다. 이와 같이 그린랜드와 남극해를 원천으로 하는 찬 바다 물이 표층에서 심층으로 내려가는 물의 온도를 냉각시켜서 긴 세월이 지나도록 심층의 수온은 거의 변화하지 않는다고 생각되는 것입니다. 그린랜드와 남극해에서 하강하는 해수의 양은 1초에 약 40 메가톤(M ton) (4000만 톤)이 되는 어마어마한 양입니다. 심층의 흐름에 따라 해수가 인도양과 태평양으로 모이게 되고 거기서 위로 상승하여 표층에 도달한 해수는, 표층에서 대서양으로 흘러 다시 냉각되어 하강하게 되는 것입니다.
위와 같은 대순환과는 별도로 특정한 해역마다 해수의 가라앉음과 상승으로 인한 순환이 일어난다는 것이 최근에 알려졌습니다. 예를들면 동해는 남북이 좁은 해협이어서 거의 독립된 해역이지만, 겨울에 블라디보스톡 먼 바다의 해수는 차겁고 무거워져 수심 1,000m 정도의 동해 심해를 흐르고 있습니다. 이렇게 우리나라와 일본 근해에서 생긴 심층수는 수 십년에서 100년 정도에 걸쳐서 순환하고 있다고 생각됩니다.
이와같이 심해의 해류가 밀도 차이에 의하여 표면으로 올라오거나 표층수가 아래로 하강하는 것은 대류 메카니즘에 의한 것입니다.
2) 용승(湧昇, upwelling)에 의한 순환
해면부근의 해수가 바람 등의 인력에 의해 어느 구역에서 사방으로 유출되었을 때 질량보존법칙에 의해 심층의 해수가 해면으로 올라오는 현상을 용승이라 합니다. 용승은 연안용승(coastal upwelling)과 적도용승(equatorial upwelling)으로 구분할 수 있습니다. 용승지역에서는 하루에 1m 정도의 속도로 심층수가 상승하는데 이런 속도는 대류에의한 심층순환에 따른 이동속도 하루 1cm 정도인 것에 비하면 아주 빠른 속도입니다.바다에서 해수면 위로 바람이 불게되면 해수는 지구의 자전에 의한 코리올리효과(Coliolis effect)에 의해서 북반구에서는 바람의 방향에서 오른쪽으로 45도, 남반구에서는 바람의 방향에서 왼쪽으로 45도 방향으로 해수가 흐르게 됩니다. (이러한 현상을 에크만수송(Ekman transport)이라고 합니다.)
근해에서 바람의 작용에 의한 에크만수송이 표층수를 근해에서 바다 가운데를 향하여 운반하게되면, 운반된 해수를 보충하기 위하여 심층에서 물이 상승하게 되는데 이를 연안용승(coastal upwelling)이라고 합니다. 예를 들면 북반구에서 대륙의 동측 해안선을 따라 남풍이 불면 표층수는 외해로 수송되고 이를 보완하기 위하여 용승이 일어납니다. 연안용승이 현저한 지역으로는 미국의 캘리포니아 연안, 남아메리카의 페루연안, 아프리카의 서해안 등 동안경계류가 흐르는 대륙의 서해안을 따라 발달하는 것이 특징입니다. 그리고 적도 부근에서는 남동무역풍에 의해 에크만 수송이 일어나 표층수를 발산시키므로 아래로부터 찬물이 올라오게 되는데, 이를 적도용승(equatorial upwelling)이라 합니다다.북반구에서는 북풍 그리고 남반구에서는 남풍이 강해지면 용승이 활발하게 일어납니다. 용승이 발생하는 해역에서는 표면수온이 변하므로 안개 발생율이 높고, 영양염이 제공되어 해양생물이 많이 번식하게 되어 매우 좋은 어장을 형성하게 됩니다. 용승이 일어나는 해역이 전 해역의 0.1%에도 미치지 못하지만, 그곳에서의 어획량은 총어획량의 2/3가 된다고 추정되고 있습니다.
※ 참고 : COOL (Coastal Ocean Observation Laboratory) Classroom website의 http://www.coolclassroom.org/cool_projects/tutorials/upwellingtutorial.html 에서 화려한 그래픽을 사용하여 용승에 대해 알기쉽게 설명하고 있는 내용을 볼 수 있습니다.(영어 사이트입니다.)
해양심층수의 주된 자원적 가치는「안정된 저온성(低溫性)」,「청정성(淸淨性)」,「미량원소 보유성(微量元素保有性)」에 있기 때문에 심층수의 3대 특성으로 저온성, 청정성 및 부영양성을 꼽고 있습니다. 그러나 심층수에는 숙성성도 있다고 합니다.
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구 분 |
특 성 |
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저온성 |
년중 안정적인 저수온 해수 |
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청정성 |
세균과 유기오염물이 적은 청정 해수 |
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부영양성 |
해양생물 성장원인 무기영양염이 풍부한 부영양 해수 |
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숙성성 |
저온과 높은 압력하에서 오래기간 성숙한 숙성 해수 |
1) 저온성
심층수의 수온은 2 ∼ 6°C 정도로 년중 변화가 거의 없습니다. (위에 있는 해양에서의 수온과 수심의 관계 그라프를 보세요.)
2) 청정성
바다에서의 먹이사슬은 식물프랑크톤 → 동물프랑크톤 → 소형 어류 → 대형 어류로 되어 있습니다. 즉 바다에서의 기초 생산자는 식물프랑크톤입니다. 식물프랑크톤은 물과 이산화탄소라는 무기물을 했빛을 이용하여 광합성작용에 의해서 탄수화물이라는 유기물을 만들어 냅니다. 또 식물은 탄수화물에서 지방을 합성하며, 단백질과 아미노산을 만들어낼 수 있습니다.
육지가 가까운 연안 등의 탁한 해수에서는 수심 30m 이내라도 해수 표면으로 들어온 빛의 1% 이하만이 도달하고, 먼 바다의 매우 맑은 해수도 수심 150m 이하에서는 빛의 양이 1% 이하로 줄어든다고 합니다. 그런대 식물프랑크톤은 해수 표면으로 들어온 빛의 1% 이상의 빛을 받지 못하면 광합성을 할 수 없다고 합니다. 즉 이보다 밑의 어두운 바다에서는 식물프랑크톤이 살 수 없습니다. 따라서 먹이사슬의 위 단계 생물도 살 수가 없습니다. 빛 에너지가 태양 빛의 1%정도인 바다의 표층부분을 광합성층 또는 유광층이라고 합니다.
유광층 보다 더 깊은 바다에서는 유광층에서 분해되지 않은 유기물이 천천히 가라 앉아 내려오는데, 이 유기물은 유광층에서 생산된 것의 일부 이기 때문에 그 양이 한정되어 있습니다. 따라서 대략 100m 보다 더 깊은 곳에서는 한정된 수의 생물만이 생존할 수 있습니다. 그러나 이런 현상도 수심 200m 정도까지에서나 볼 수 있을 뿐 이보다 더 깊은 곳에서는 유기물의 양이 동물을 부양하기 심히 어려워 세균등이 남은 유기물을 분해하는 정도이며, 깊이가 더욱 깊어질수록 유기물의 양도 더욱 줄어들어 세균이 잘 번식할 수 없어 세균의 수도 아주 적게된다는 말입니다.
3) 부영양성(富營養性)
태양광이 도달하지 않는 심해에서는 영양 물질을 소비하는 식물 플랑크톤이 없습니다. 때문에 박테리아 등에 분해된 질소, 인, 규산 등의 무기영양염 영양물질이 풍부합니다. 칼슘이나 마그네슘등 세포의 작용을 돕는 미네랄이 포함되어 있고 인체가 필요한 성분이 골고루 함유되어 있습니다. 아래 그림을 보세요.
(Source : 미래의 자원, 바다에서 건진다. 송승달 번역 / Takahashi M. 지음.
http://bh.knu.ac.kr/~sdsong/바다의%20자원%20종합.htm)
4) 숙성성(熟成性)
숙성이란 오랜시간에 걸쳐서 식품에 변질이나 변성이 일어나 맛이나 향 미각 등이 좋아지는 것을 의미합니다. 해양심층수는 수천년동안 형성된 물이기 때문에 성질이 안정되어 있고, 아직 과학적으로 그 원인이 해명이 되지는 않았지만 숙성성도 있는 것으로 알려져 있습니다.
1) 건강 및 의료에 이용
(1) 스즈끼(鈴木平光) 박사(일본 농림수산성 식품종합연구소 기능생리연구실장)의 실험
일본의 된장, 간장, 어패류 및 고기 제품 모두에 심층수가 사용되었다고 가정하였을 때, 일본인이 얼마나 심층수를 섭취하는지를 계산하고, 이에 상당하는 량을 실험용 쥐에 먹여 3개월간 사육하여 혈중 콜레스트롤 수치를 조사하였습니다. 실험용 쥐는 7개 그룹으로 나누었습니다. 즉 순수를 준 1 그룹, 심층수를 3단계의 농도로 나누어 준 2, 3, 4 그룹, 표층수를 3단계 농도로 나누어 준 5, 6, 7 그룹의 7개 그룹입니다. 이 실험의로 확인된 사항은 아래와 같다고 합니다.
① 심층수를 오랫동안 마시면 혈중 콜레스트롤 값이 낮아지고, 간장의 인지질 값도 낮아진다.
② 심층수를 마실 경우에는 진한 것보다는 희석해서 마시는 것이 좋다. (이 실험에서는 순수에 1.2%의 심층수를 섞은 것이 효과가 가장 좋았다고 합니다.)
(2) 심층수를 사용한 아토피성 피부염의 치료 - 코치(高知)의과대학
일본 코치의과대학의 노무라(野村伊知郞)박사와 소아과 의료진은 무로타 중앙병원과 코치현 해양심층수 연구소의 협력을 얻어 아토피 치료에 심층수를 병용하였습니다. 치료방법은 심층수를 매일 1 ∼ 3회씩 환부에 바른 다음 5분 후에 씻어내고 연고를 발랐습니다. 심층수 원수라서 통증이 심한 경우에는 2 ∼ 4 배 희석하여 바르도록 하였으며, 심층수 사용기간에도 항원제거나 스테로이드제 사용과 같은 평소의 치료는 계속하였습니다. 이러한 방법으로 1994 ∼ 1996년 까지 합계 366명을 치료하고 1 ∼ 2개월 간격으로 증상을 평가하고 검사하였습니다. 이 치료의 결과는 아래와 같습니다.
① 유효 61%, 불변 36%, 악화 3%의 평가를 내렸습니다.
② 1년이상 치료를 계속한 경우의 평가
유효 56%, 불변 35%, 악화 9%
③ 증상별 평가
가려움으로 인한 수면장해 : 83%가 효과를 봄
긁음으로 인한 출혈 : 74%가 효과를 봄
④ 악화된 예로, 치료를 시작하고 며칠 내로 가려움이나 붉은 반점이 늘어났는데 심층수 사용을 멈췄더니 원래의 상태로 돌아가는 예가 만았습니다.
⑤ 면역글로부린 E가 이상하게 많은 환자일수록 효과가 있었고, 악화된 사례는 면역글로부린 E의 양이 정상인 경우에만 나타났습니다.
⑥ 심층수의 효과는 살균작용에 의한 것이 아닌 것 같고, 표층수나 소금물도 어느 정도 효과가 있었기 때문에 심층수 특유의 효과는 명확하지 않습니다.
⑦ 심층수를 사용한 상품에 「아토피에 잘 듣는 신비의 물」이라고 광고하는 것도 있는데, 이는 지나치게 과장되었습니다. 「통상적인 치료와 병용하면 사람에 따라서는 가려움이 억제되는 경우가 있다」는 정도의 표현이 타당할 것입니다.
(※ 위 (1)과 (2)의 내용은 도서출판 「과학기술」에서 출판한 해양심층수 63 ∼ 66쪽과 73 ∼ 77쪽에 있는 내용을 요약한 것입니다.)
(3) 심층수를 사용한 아토피성 피부염의 치료 - 교토(京都), 우지다케다(宇治武田) 병원
다음은 2002년 8월30일자 일본 아사히신문 인터넷판 건강 의료란에 실린 내용을 일한 웹번역기로 번역한 것입니다. 원어로는 http://www.asahi.com/life/health/jhcolumn/020830c.html 에서 볼 수 있습니다.
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2) 화장품 제조에 이용
심층수나 심층수를 역삼투압법으로 탈염한 물을 피부에 바르면 "촉촉한 느낌"이나 "피부에 잘 먹는 느낌"을 주기 때문에, 탈염한 물로 화장품을 제조하여 판매하는 회사가 있습니다.
심층수가 피부에 미치는 효과와 위해성을 조사하기위해 심층수 원수를 다양한 농도로 첨가한 배양액에 정상인의 피부의 섬유아세포(피부 탄력과 보수성에 관련이 있는 콜라겐이라는 단백질을 만드는 세포)와 악성흑색종세포(피부암을 일으키는 세포)를 배양하여 세포에 미치는 영향을 조사한 결론은 아래와 같습니다.
① 피부의 섬유아세포는 심층수 농도 5%일 때 유의적으로 활성이 상승하였는데, 이는 심층수를 사용하면 피부의 노화를 방지하는 효과를 기대할 수 있으리라고 봅니다.
② 악성흑색종 세포는 심층수 농도가 2% 때 활성이 가장 높았으나 이는 심층수가 포함되지 않은 경우와 거의 같으며 오차범위에 들어가는 차이밖에 없었고, 그 이외의 농도에서는 악성흑색종 세포의 활성이 억제되었습니다. 이는 적당한 농도의 심층수를 피부에 바르는 것은 해가 없으며 오히려 좋다고 생각합니다.
(※ 위 내용은 도서출판 「과학기술」에서 출판한 해양심층수 66 ∼ 70쪽(심층수로 만든 화장품)에 있는 내용을 요약한 것입니다.)
3) 식품 제조에 이용
농축한 심층수나 탈염한 심층수를 이용하여 여러 가지 식품과 청량음료 및 드링크제를 만들고 있습니다. 젤리, 미네랄워터, 간장, 청주, 과자, 소금 등과 같은 제품들이 일본 코치현에서 만들어져 지방경제에 공헌하고 있습니다. 이러한 제품들은 심층수에서 유래하는 숙성한 풍미로 일본에서 아주 인기가 좋다고 합니다.
4) 양식어업에 이용
양식어업에서 심층수를 사용할 때의 잇점으로는 아래의 5가지를 들고 있습니다.
① 적도지역에서도 찬물에 서식하거나 깊은 수심에서 서식하는 어종을 양식할 수 있다.
② 심층수와 표층수를 혼합함으로서 수온을 쉽게 조절할 수 있다.
③ 심층수에는 바이러스와 병원성 박테리아가 거의 없어서 질병을 통제할 수 있다.
④ 표층수를 사용할 때와는 달리, 심층수를 뽑아올리는 취수 파이프 내부에는 서식하는 생물이 없으므로 이를 제거하기위한 노력이 필요가 없다. 코치현의 심층수연구소의 취수파이프를 지난 10년동안 한번도 청소를 할 필요가 없었다고 합니다.
⑤ 심층수에는 영양물질이 풍부하다.
이러한 심층수를 사용하여 새우종묘, 새우 어미, 대게, 바다가제, 연어, 성게, 대구, 다시마 등을 양식하고 있습니다.
5) 농업에 이용
일본의 오끼나와현이나 미국의 하와이제도와 같은 열대 또는 아열대 기후에서는 여름철에 시금치와 같은 차거운 기후에서 자라는 채소를 재배할 수 없습니다. 그러나 시금치 밭의 지하에 파이프를 매설하고 그 안으로 차거운 심층수를 통과시킴으로서 시금치가 아주 잘 재배됩니다. 이러한 이용은 하와이자연에너지연구소(NELHA, Natural Energy Laboratory Of Hawaii Authority)에서 처음으로 시도되어 차거운 기후에서 자라는 각종 채소와 곡물을 재배하는데 성공하였습니다.
심층수에는 각종 영양분이 풍부하므로 농업에 특히 적당합니다. 희석한 심층수를 시금치에 주면, 수도물이나 지표수를 주었을 때보다 더 시금치가 빨리 자랍니다.
6) 해양온도차발전(OTEC, Ocean Thermal Energy Conversion)에 이용
해양온도차발전은 보통 OTEC(Ocean Thermal Energy Conversion)이라 불리우는데 이를 번역하면 해양열에너지변환 기술이 됩니다. 적도 근해의 태양열로 더워진 표층해수와 750m이하 수심의 차가운 해수간의 온도차이를 이용하여 전기를 일으키는 기술이지요. 이 기술을 이용하여 현재 하와이 서부해안에 100kW 발전소를 건설하여 시험운영하고 있습니다.
열대지방의 해양 표층 수온은 약 28℃이고 심층수의 수온은 어는 점보다 조금 높은 1∼2℃입니다. 수온차이에 의한 OTEC의 에너지 전환 효율은 약 3∼4%입니다. 잘 알려진 바와 같이, 따뜻한 표층수의 열공급수와 차가운 심층수의 열수집수와의 온도차이가 크면 클수록 에너지 전환효율은 점점 커지게 됩니다. 터빈에서의 온도차이가 25℃나 되는 유류 또는 석탄을 이용한 화력 발전소의 열전환 효율은 30∼50%입니다.
이렇게 낮은 열효율을 보상하기 위하여 OTEC는 무척 많은 양의 물을 필요로 합니다. 즉 OTEC에 의해 발전된 전기의 20∼40%는 다시 필요한 물을 퍼올리는데 재사용 됨을 의미합니다. 이러한 이유로 인하여, OTEC의 아이디어가 100년 전에 나왔는 데도 아직 효율성 제고에 힘을 쏟고 있다.
화력발전이나 원자력발전의 부산물이 대기오염이나 핵폐기물 등 환경오염을 일으키는 물질이나, OTEC의 부산물은 곧 바로 사용될 수 있는 물질이라는 점도 주의를 끄는 점입니다. OTEC의 부산물을 이용하여 할 수 있는 일을 예를들면, 탈염에의한 순수생산, 미네랄워터 생산, 리튬(Lithium)추출, 공기조화(냉방), 양식어업, 식품제조 및 수소제조 등입니다.
7) 냉방에 이용
지금 우리나라의 상업용 건물에서 사용하고 있는 냉방시설의 냉수온도는 대략 4 ∼ 8° C 정도입니다. 심층수의 온도가 2 ∼ 6° C가량되고, OTEC에서 사용하고 나온 심층수의 온도는 대략 10° C 내외가 된다고 하므로 이러한 심층수를 이용하여 여름철에 냉방시설을 가동하기에 충분하다고 생각됩니다. 하와이자연에너지연구소(NELHA, Natural Energy Laboratory Of Hawaii Authority)의 심층수 이용시설 중에서 성공한 것 가운데 하나가 냉방이라고 합니다. 이곳에서 심층수를 이용한 냉방의 운영비가 전기를 이용한 냉방운영비의 1/10 이하로 된다고 합니다.
8) 리튬(Lithium)추출에 이용
리튬(Lithium)은 배터리에 사용되고 있는 중요한 산업용 금속중의 하나입니다. 해수중에 녹아있는 염화리튬을 추출하는 것은 공업적으로 리튬을 생산하는 중요한 방법중의 하나입니다. 심층수의 청정성 때문에 이 리튬추출법은 해수중의 불순물에 의해서 생성되는 오염이 리튬추출기의 해수에 접촉하는 재료의 표면에 부착된 것을 제거하는 청소간격이 더 길게 됩니다. 이것은 경제적인 관점에서 매우 큰 장점이 됩니다.
9) 심층수의 다목적 이용 개념
(Source : 해양심층수의 이용, 안희도, 해양정책 / R&D 동향 2002년 1월 제1호, http://www.kordi.re.kr/bin/trend.asp?vol=1#)
1) 현황
① 우리나라 연안 해역에서 개발된 심층수는 지금 현재는 없습니다. 그러나 해양수산부에서 해양심층수 취수기술 개발정책을 입안하여 이 정책을 2000년부터 추진하고 있습니다. 이 계획에 의하면 강원도 고성군에 해양심층수 개발 시범단지를 조성하는 것으로 되어있습니다. 아마도 2005년부터는 우리나라 동해에서 퍼올린 심층수를 여러 가지 목적으로 사용할 수 있으리라고 생각됩니다.
② 2003년 3월 6일자 연합뉴스와 영덕군 홈페이지 내용에 의하면, 경북 영덕군에서도 심층수 개발을 위하여 350억원 정도의 민자 유치활동을 하는 것으로 보입니다.
③ 일본에서 개발된 심층수 제품이 몇몇 업체에 의해 수입되어 국내에서 판매되고 있습니다.
2) 해양수산부 해양심층수 개발사업 추진계획
다음은 해양수산부 해양정책국의 「해양심층수 개발사업 추진계획(2001.7)」의 개요입니다.
① 목적 : 해양 심층수 이용기술 개발 및 조기 실용화
② 배경 : 우리나라 해양 심층수 개발 후보지중 가장 경제성이 있을 것으로 평가되는 강원도 고성군 일대에 시범단지 조성을 위한 사업추진계획을 수립함으로써 해양 심층수 실용화를 조기에 실현
③ 대상지역 : 강원도 고성군 죽왕면 오호리(우선검토 후보지)
④ 사업기간 : 2000 ∼ 2005(6년)
⑤ 사업규모(생산규모 : 150만톤/년, 5,000톤/일)
해양 심층수의 핵심기술 개발 및 산업화를 위한 시범단지 조성
- 취수 및 연구개발단지(10,000평)
: 취수기술, 다단계 이용 및 관리기술 개발
- 시범산업시설단지(15,000평)
: 상품 생산, 에너지 이용, 어류양식 및 고기능 천연물질 추출
※ 2005년 시범단지 조성이후 단계적으로 특화산업단지 조성(민자유치)
⑥ 사업비(추정) : 526억원
· 국 가 : 심층수 자원 연구 및 취·급수 시설, 연구시설(150억원)
지자체 : 부지 제공 및 기반조성 포함(20~50억원)
민 간 : 산업단지 시설 투자(326~356억원)
⑦ 단지배치도
해양수산부 해양정책국의 「해양심층수 개발사업 추진계획(2001.7)」을 보시려면 여기를 클릭하세요.
1) 일본
일본에서는 과학기술청 주관으로 1985년부터 심층수 이용기술을 연구하기 시작하여, 1987년 9월에 코치현 무로토시(高知県 室戶市) 연안에 심층수 취수시설 배관공사를 시작하고, 1989년 4월에 코치현립 「코치현 해양심층수연구소(高知県海洋深層水研究所)」가 설립되었으며, 1994년 5월에 연구소 건물과 심층수 취수시설 공사가 완료되었다고 합니다. 이어서 토야마현(富山県), 시즈오카현(靜岡県), 오키나와현(沖繩縣) 등지에서도 심층수 취수시설을 설치하여 가동하고 있다고 합니다.
① 코치현(高知県) : 코치현은 일본에서 심층수 이용에서 선두를 달리고 있다고 합니다. 심층수를 이용하고 있는 기업의 수가 100여개가 되며, 심층수 관련 상품 종류는 60종류 이상, 심층수 관련 총매출액이 1999년에 36억엔, 2001년 경제파급효과가 200억엔 가량된다고 합니다. 코치현 무로토시(室戶市)에 설치되어 있는 심층수 취수시설 개요는 아래와 같습니다.
| 취수 심도 | 심층 수 | 320ｍ 및 344ｍ |
| 표층 수 | 0.5ｍ | |
| 취수관 | 재질 | 철선 개장 경질 폴리에틸렌 관 |
| 직경 | 외경：176.2mm，내경：125mm | |
| 관 길이（管長） | 약2,650ｍ | |
| 취수양 | 심층 수 | 920ｔ／일 |
| 표층 수 | 900ｔ／일 |
② 토야마현(富山県) : 토야마현에는 2 곳에 심층수 취수시설이 설치되어 가동되고 있습니다. 하나는 1995년에 완공된 나메리카와시(滑川市)에 있는 토야마현 수산시험장의 심층수 취수시설이고, 다른 하나는 2001년에 완공되었으며 뉴젠마찌(入善町)에 소재해 있는 일본 최초의 상업용 심층수 취수시설이 그것입니다. 토야마현 수산시험장의 심층수 취수시설은 취수심도 321m에서 매일 3,000톤을 취수할 수 있으며, 뉴젠마찌의 취수시설은 취수심도 384m에서 매일 2,400톤의 물을 취수할 수 있다고 합니다.
나메리카와시에는 7가지의 심층수 목욕을할 수 있는 심층수 체험시설이 있습니다.
2) 미국
미국의 심층수 이용은 하와이주 의회에서 1974년에 해양온도차발전(OTEC, Ocean Thermal Energy Conversion) 연구를 지원하기 위하여 케아홀 곶(Keahole Point)에 NELH(Natural Energy Laboratory of Hawaii)를 창립하면서부터라고 합니다. 1990년에 NELH와 Hawaii Ocean Science and Technology (HOST) Park가 합병하여 NELHA(하와이자연에너지연구소, Natural Energy Laboratory Of Hawaii Authority)가 되었습니다. NELHA는 지금 해양온도차발전 뿐만아니라 농업 양식어업 등 심층수를 이용할 수 있는 여러부문에 대해서 연구와 지원을 하고 있습니다. NELHA에 지금 입주해 있는 기업, 연구소 및 교육기관의 수는 28개이며, 심층수 이용으로 년간 3,000 ∼ 4,000만불의 경제효과를 얻고 있다고 합니다.
하와이 심층수의 가격은 일본의 4%에 불과할 만큼 가격이 싸다고 합니다.
NELHA의 심층수 취수시설의 개요는 아래와 같습니다.
|
파이프 직경(cm) |
100 |
45 |
140 |
|
상태 |
가동중 |
가동중 |
공사중 |
|
설치년도 |
1987년 8월 |
1987년 10월 |
2001년 12월 |
|
취수깊이(m) |
674 |
628 |
915 |
|
파이라인 길이(m) |
1916 |
1,884 |
3,124 |
|
취수용량(톤/일) |
3,024 |
684 |
6,480 |
(주 : 조수의 영향으로 파이프라인이 조금씩 움직이기 때문에
실제의 취수깊이는 조수에 따라 수 m씩 변한다고 합니다.)
|
구
분 |
일본
코치현 (심층수/표층수) |
미국
하와이 (심층수/표층수) |
한국 동해안
적지 (심층수/표층수) |
| 수 온 | 8.1~9.8 /
16.1~24.9oC |
8.2~10.7 /
24.3~28.0oC |
1.52~1.9 / 14.5~23.10oC |
| 수온이온농도 | 7.8~7.9 /
8.1~8.3 |
7.45~7.64 /
8.05~8.35 |
7.19~7.90 / 8.16~8.20 |
| 염 분 | 34.3~34.4 /
33.7~34.8o/oo |
34.37~34.29 /
34.33~35.05o/oo |
33.72~33.94 / 32.5~33.0o/oo |
| 용존산소 | 4.1~4.8 /
6.4~9.5mg/l |
1.24~1.45 /
6.87~7.28mg/l |
9.13~9.47 / 7.79~8.9mg/l |
| 질 산 염 | 12.1~26.0 /
0.0~5.4μM |
39.03~40.86 /
0.24~0.42μM |
3.6~13.3/0.1~1.4μM |
| 인 산 염 | 1.1~2.0 /
0.0~0.5μM |
2.89~3.15 /
0.15~0.19μM |
1.7~4.3/ND~0.7μM |
| 규 산 염 | 33.9~56.8 /
1.6~10.1μM |
74.56~79.20 /
2.64~3.59μM |
72.1~108.0/15.3~28.9μM |
| 클로필 a | 0.034~0.0376/0.1578~0.1589mg/l | ||
| 비 고 | 취수수심
320m |
취수수심
600m |
취수수심 200m |
(Source : 해양개발시스템연구본부 홈페이지, http://www.kadowa.com/seawaspec.htm)
① 2002년 4월 28일, KBS
KBS 일요스페샬
신비의 물 해양심층수
② 2002년 4월 7일, YTN
뉴스
뉴스를 보시려면 여기를 클릭하세요.
③ 2001년 11월 16일, SBS
SBS 대국민 약속 - 물은 생명이다
심층수의 기적, 일본열도를 가다 2편 - 고치와 토야마의 신화
④ 2001년 11월 16일, SBS
SBS 대국민 약속 - 물은 생명이다
심층수의 기적, 일본열도를 가다 1편 - 변화하는 일본인의 식탁
⑤ 2001년 10월 12일, SBS
SBS 대국민 약속 - 물은 생명이다
무한한 청정자원 - 해양 심층수
1. 최진범 교수(경상대학교)의 홈페이지, 해양의 환경들, http://nongae.gsnu.ac.kr/~jbchoi/index/earth/chap3/3-3.htm#5-3
2. 미래의 자원, 바다에서 건진다 (Deep Ocean Water as Our Next Natural Resource)
마사유끼 다까하시(高橋正征) 지음 / 송승달 번역, 경북대학교 송승달 교수의 홈페이지
http://bh.knu.ac.kr/~sdsong/바다의%20자원%20종합.htm
3. 해양심층수, 마사유끼 다까하시(高橋正征) 지음 / 안희도 전중균 홍성곤 역, 도서출판 과학도서, 2001
4. 日, 「해양심층수」정의 내려, 한국원양어업협회 홈페이지, http://kodefa.or.kr/information/kodefamag/010601/economy5.htm
5. 용승(해양용어사전), 사이버독도 홈페이지, http://www.dokdo.go.kr/korea/asp/dic/dic.asp
6. 아토피성 피부염 개선의 키워드는 마그네슘과 미네랄 밸런스, 2002년 8월30일자 일본 아사히신문 인터넷판, http://www.asahi.com/life/health/jhcolumn/020830c.html
7. The Application of Deep Sea Water In Japan, Takuma Nakasone and Sadamitsu Akeda, UNJR Aquaculture Page, http://www.lib.noaa.gov/japan/aquaculture/proceedings/report28/Nakasone.pdf
8. 바다의 에너지(해양과학기술 : 그 시작과 미래), 한국과학기술진흥재단 첨단과학기술총서 012, http://211.40.179.13/book_file/ke29/ke029-145.htm
9. The Present Status and Features of OTEC and Recent Aspects of Thermal Energy Conversion Technologies, Hiroki KOBAYASHI(Hitachi Zosen Corporation) / Sadayuki JITSUHARA, Dr.
(Xenesys Inc.) / Haruo UEHARA, Dr.(Saga University), 일본 独立行政法人 海上技術安全研究所 홈
페이지 http://www.nmri.go.jp/main/cooperation/ujnr/24ujnr_paper_jpn/Kobayashi.pdf
10. 해양심층수의 이용, 안희도, 해양정책 / R&D 동향 2002년 1월 제1호, 한국해양연구원 홈페이지, http://www.kordi.re.kr/bin/trend.asp?vol=1#
11. 해양심층수 개발사업 추진계획(2001.7), 해양수산부 해양정책국, 해양수산부 홈페이지, http://www.kmprc.or.kr/dataroom/moamf%20Fact%20Book%202001/htm/jungchek/hwp/해양정책국/해양개발과/정책/해양심층수%20취수기술%20개발.hwp
12. 고부가가치 민자 유치(중점 추진정책), 영덕군 홈페이지, http://www.youngduk.kyongbuk.kr/A/A31.asp
13. 코치현 해양심층수연구소 홈페이지, http://www.kochi-kg.go.jp/~kochi-dw/index.html
14. 토야마현 심층수협의회 사무국 홈페이지, http://www.t-deepsea.jp/
15. 하와이자연에너지연구소(NELHA, Natural Energy Laboratory Of Hawaii Authority) 홈페이지, http://www.nelha.org/index.html
16. 해양심층수의 특징, 해양개발시스템연구본부 홈페이지, http://www.kadowa.com/seawaspec.htm
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