지속가능성
지속 가능한 담수화 – 성숙해지는 태양광 기술이 물 위기에 대한 우리의 접근 방식을 바꾸는 방법
Securities.io를 Google의 선호 소스에 추가
물은 생명이다
투자자와 기술 개발자는 금, 희토류와 리튬 같은 자원에 관심을 기울입니다. 그러나 사회를 유지하는 데 매일 대량으로 필요한 기본 자원은 담수입니다.
많은 지역에 비가 내리지만, 산업과 농업, 생활용수 수요로 이용 가능한 담수가 압박을 받고 있습니다. 물의 분포와 수질, 계절 차이도 중요합니다.
지구의 물 중 담수는 약 3%이며 나머지 대부분은 염수입니다. 담수 중 상당량은 빙하와 얼음에, 약 30%는 지하에 있습니다. 담수 전체가 곧바로 사용 가능한 물은 아닙니다.
출처: USGS
일부 지역에서는 염분이 있는 물이 중요한 수원입니다. 담수화에는 에너지가 필요하며 염도가 높을수록 부담이 커지는 경향이 있습니다. 기존 시설은 전력망이나 열원에 의존해왔지만 재생에너지 활용도 연구되고 있습니다.
MIT 연구진은 태양광 출력의 변화에 맞춰 운전하는 전기투석을 개발했습니다. 2024년 10월 Nature Water에 다음 논문을 발표했습니다. “유량 지령 전류 제어를 통한 태양광 직접 구동 전기투석”
태양광 담수화
태양광은 햇빛이 풍부하고 물이 부족한 지역에서 담수화의 에너지원이 될 수 있습니다. 햇빛 자체에 연료비가 없더라도 패널, 펌프와 처리 설비의 비용은 발생합니다.
태양광의 비용과 발전 가능성은 “태양광 시대: 인류의 밝은 미래”에서 다뤘습니다.
태양광 출력은 일사량과 구름에 따라 달라집니다. 일정한 출력을 요구하는 설비에는 저장장치나 다른 전원이 도움이 되지만, 모든 태양광 담수화가 반드시 대형 배터리를 필요로 하는 것은 아닙니다.
역삼투는 압력으로 막을 통과시키는 방식입니다. 기존 설계의 운전 제약 때문에 변동 전원을 활용하기 어려울 수 있지만, 압력과 유량을 제어하는 방법도 연구되고 있습니다.
이러한 제약은 소규모 설비의 비용을 높일 수 있으나 모든 저비용·소규모 담수화를 불가능하게 만들지는 않습니다. 관련 저장 기술은 “에너지 저장의 미래: 전력망 규모 배터리 기술”에서 살펴봤습니다. 출력 변동에 설비가 직접 적응하는 방법도 있습니다.
유연한 배치 전기투석
전기투석은 이온교환막을 통과하는 물에 전기장을 가해 염류 이온을 분리합니다. MIT 연구진은 이 방식을 변동하는 태양광에 맞추는 방법을 개발했습니다.
출처: Nature Water
2024년 봄에 발표한 이전 설계는 센서 정보와 모델로 펌프 유량과 인가 전압을 계산했습니다. 목표는 이용 가능한 전력에 맞춰 염 제거량을 높이는 것이었습니다.
이에 따라 물 생산 속도가 태양광 출력에 맞춰 변할 수 있었습니다.
출처: Nature Water
이전 설계에서는 패널이 생산한 이용 가능 전력의 평균 77%를 직접 사용했습니다. 기존 태양광 전기투석 설계 대비 91% 증가한 값이며, 태양전지 자체의 변환 효율이 77%라는 뜻은 아닙니다.
추가 개선
이전 방식은 계산과 제어 갱신이 느려 급격한 구름 변화에 대응하는 데 배터리 보완이 필요했습니다.
“계산은 3분마다 할 수 있었는데, 그 사이 구름이 와서 햇빛을 가릴 수 있었습니다.
시스템은 높은 출력으로 운전해야 한다고 판단해도 햇빛이 줄어 전력이 부족해질 수 있었습니다. 그래서 추가 배터리로 보완해야 했습니다.”
2024년 10월의 새 설계는 유량과 전류를 초당 여러 차례 조정해 출력 변화에 빠르게 대응했습니다. 평균 약 94%의 태양광 전력을 직접 활용했고 이전 설계보다 저장 용량 의존도를 크게 낮췄습니다. 연구진은 상용화를 위한 추가 시험과 회사 설립을 계획했지만, 바로 상용 제품이 된다는 보장은 아니었습니다.
베올리아 워터 테크놀로지스 앤드 솔루션스(VIE.PA)와 Xylem Goulds (XYL )는 현물 지원을 제공했습니다.
바다 물만이 아니다
연구는 뉴멕시코의 기수성 지하수를 대상으로 했습니다. 해안에서 먼 지역에서는 저염도 지하수의 담수화가 해수 담수화와 다른 중요한 선택지일 수 있습니다.
연구진은 해안에서 먼 지역의 지하수 의존도와 염도 증가 문제를 강조했습니다. 해수 담수화 시설에서 먼 모든 지역에 물을 공급하는 것은 경제적·지리적으로 어려울 수 있습니다.
조너선 베셋 — MIT 기계공학 박사과정 연구자
연구진은 뉴멕시코 앨러모고도의 미국 기수성 지하수 담수화 연구시설에서 6개월 동안 시험했습니다. 시제품은 하루 약 2,000~5,000리터 규모였으며, 약 3,000명이라는 설명은 제한된 음용수 수요를 기준으로 이해해야 합니다. 3,000명의 생활·농업용수 전체를 충족한다는 뜻은 아닙니다.
사막 지역만이 아니다
물 부족은 뉴멕시코나 사우디아라비아 같은 건조 지역에만 생기는 문제가 아닙니다. 예를 들어 가뭄 때 노르웨이에서 영국으로 물을 들여오는 방안도 논의되었습니다. 확정된 수입 계획이나 모든 영국 지역의 상황으로 일반화해서는 안 됩니다.
또한 캐나다의 일부 원주민 공동체는 안전한 식수 접근 문제로 법적 대응을 해왔습니다. 원문의 11억 달러 소송과 80억 달러 합의는 서로 다른 시점과 범위의 사건일 수 있으며, 캐나다 전체에 물 자체가 부족하다는 뜻은 아닙니다.
한편 대만의 가뭄과 물 부족은 반도체 산업의 공급 위험으로 이어질 수 있습니다.
기후변화는 지역에 따라 가뭄, 강수 변동과 염수 침투 등 물 관련 위험을 악화시킬 수 있습니다.
물 공급을 늘리면 일부 지역의 생활과 농업에 도움이 됩니다. 그러나 해수 담수화는 값싼 에너지 외에도 취수, 농축수 처리, 수송과 환경 영향을 고려해야 하므로 무제한 공급의 단순한 해법은 아닙니다.
다른 접근법으로는 공기 중 수분을 모으는 대기 수확 기술도 연구되고 있습니다. 성능은 습도와 에너지 조건에 따라 달라집니다.
물에 투자하기
유엔은 2010년 안전하고 깨끗한 식수와 위생에 대한 권리를 인정했습니다. 원문이 인용한 물 산업 시장 전망은 2023년 3,230억 달러에서 연평균 7.5% 성장해 2032년 6,170억 달러에 이를 것으로 예상했습니다. 이는 시장 범위와 가정에 따른 추정입니다.
자원 접근과 에너지 비용은 이 분야의 중요한 제약입니다. 태양광과 새로운 처리 기술이 일부 비용을 낮출 수 있지만 기후, 시설 투자와 운영상의 문제까지 없애는 것은 아닙니다.
개별 기업 대신 물 관련 ETF를 살펴볼 수도 있습니다. 예를 들면 Global X Clean Water ETF (AQWA), iShares Global Water UCITS ETF (IH2O) 또는 Amundi MSCI Water ESG Screened ETF (WAT) 등이 있습니다. 구성 종목과 비용, 위험을 확인해야 하며 분산투자가 수익을 보장하지는 않습니다.
물 부족을 해결하는 기업들
Xylem Inc.
자일럼은 베올리아와 함께 세계 물 처리 산업의 주요 기업 중 하나입니다. 원문의 직원 23,000명 이상, 엔지니어 6,000명 이상, 150개국과 산업 고객 35,000곳 이상이라는 수치는 당시 회사 소개의 범위와 시점에 따른 것으로, 현재 수치로 간주해서는 안 됩니다.
XYL 가격 차트
주요 고객에는 지방자치단체의 상수도·하수도 부문이 포함되며, 산업별로도 의료, 전력, 식음료, 석유·가스와 마이크로전자 분야 등에 솔루션을 제공합니다.
출처: Xylem
회사는 오존·자외선 처리, 막 분리와 고순도 물 생산 등 다양한 처리 기술과 펌프, 배관 관련 장비, 계측·제어 소프트웨어를 제공합니다. 유지보수, 수리와 설치 서비스도 중요합니다. 모든 제품이 자일럼만의 독점 특허 기술이라는 뜻은 아닙니다.
출처: Xylem
물 관련 시장은 세분화되어 있습니다. 원문의 800억 달러 서비스 가능 시장과 약 10% 점유율은 회사가 정의한 특정 시장 범위의 추정이며 전 세계 물 산업 전체의 점유율이 아닙니다.
원문은 매출의 약 4%를 연구개발에 투자한다고 설명합니다. PFAS(과불화·폴리플루오로알킬 물질, 또는 잔류성이 높은 이른바 영원한 화학물질)에 대한 처리 수요도 사업 기회가 될 수 있습니다. 6,000곳 이상 시설이라는 수치는 당시 추정이며, 관련 규정이 모든 시설에 같은 설비 도입이나 회사 수익을 보장하지는 않습니다.
원문은 순이익이 2012년 2억 9,700만 달러에서 2023년 6억 900만 달러로 증가했다고 제시합니다. EBITDA 마진의 “17~219%”는 오류로, 이러한 범위의 안정적 마진을 입증하는 수치가 아닙니다. 2023년 공시상 EBITDA와 조정 EBITDA는 각각 약 10억 9,200만 달러와 13억 9,200만 달러였으며 매출은 약 73억 6,400만 달러였습니다. 조정 지표와 일반 지표를 구분해야 합니다.
상하수도 고객의 반복적 수요는 사업을 뒷받침할 수 있지만, 자일럼은 규제 공익사업자와 같은 기업은 아닙니다. 시설 투자 주기, 인수, 경쟁과 원가 변화가 실적에 영향을 줄 수 있습니다.
