A circular economy for salt that keeps rivers clean | Tina Arrowood

번역: JungJae Lee 검토: Whayoung Cha

Growing up in northern Wisconsin,

저는 위스콘신 북부에서 자라며

I've naturally developed a connection to the Mississippi River.

자연스럽게 미시시피 강과 유대를 맺었습니다.

When I was little,

어릴 적,

my sister and I would have contests to see who could spell

제 자매와 저는 누가 더 빠르게

미시시피 강의 철자를 말할 수 있는지 겨루곤 했습니다.

"M-i-s-s-i-s-s-i-p-p-i" the fastest.

When I was in elementary school,

초등학교 때는

I got to learn about the early explorers and their expeditions,

초기에 미시시피 강을 탐험했던 사람들과 그들의 업적에 대해 배울 수 있었습니다.

Marquette and Joliet, and how they used the Great Lakes and the Mississippi River

자크 마르케트와 루이 졸리에가 어떻게 오대호와 미시시피 강과

and its tributaries to discover the Midwest,

그 지류를 이용해 미국 중서부를 발견하고

and to map a trade route to the Gulf of Mexico.

멕시코 만으로 통하는 무역로를 지도로 그렸는지 배웠습니다.

In graduate school,

대학원 시절엔,

I was fortunate to have the Mississippi River

미시시피 강을

outside my research laboratory window

미네소타 대학의 연구실 창밖으로

at the University of Minnesota.

내다보는 행운을 누렸습니다.

During that five-year period, I got to know the Mississippi River.

대학원에서는 5년간 미시시피 강에 대해 배웠습니다.

I got to know its temperamental nature

미시시피 강의 변덕스러운 기질과

and where it would flood its banks at one moment,

어디쯤에서 갑자기 강둑을 넘어 범람하는지

and then shortly thereafter,

물이 넘쳐 흐르고 얼마 지나지 않아

you would see its dry shorelines.

말라붙은 강가가 보인다는 사실도 깨달았습니다.

Today, as a physical organic chemist,

오늘날 저는 물리 유기화학자로서

I'm committed to use my training

제가 배운 것을 바탕으로

to help protect rivers, like the Mississippi,

인간의 활동이 야기할 수 있는 과도한 소금으로부터

from excessive salt that can come from human activity.

미시시피와 같은 강을 보호하는데 열중하고 있습니다.

Because, you know,

아시다시피

salt is something that can contaminate freshwater rivers.

소금이 강의 담수를 오염시킬 수 있기 때문입니다.

And freshwater rivers, they have only salt levels of .05 percent.

강의 담수는 염분농도가 겨우 0.05%입니다.

And at this level, it's safe to drink.

이 정도 염도는 마시기에 안전합니다.

But the majority of the water on our planet is housed in our oceans,

하지만 지구상의 물 대부분은 바다에 저장되어 있고,

and ocean water has a salinity level of more than three percent.

바닷물의 염분 농도는 3%를 넘습니다.

And if you drank that, you'd be sick very quick.

바닷물을 마시게 되면 금새 메스꺼움을 느낄 수 있죠.

So, if we are to compare the relative volume of ocean water

만약 우리가 지구에 있는 바닷물과

to that of the river water that's on our planet,

강물의 총량을 비교하기 위해

and let's say we are able to put the ocean water

지구의 모든 바닷물을

into an Olympic-size swimming pool,

올림픽 경기장 크기의 수영장에 담았다고 가정하면

then our planet's river water would fit in a one-gallon jug.

강물은 겨우 1갤런(3.8 리터) 짜리 물병에 들어갈 정도입니다.

So you can see it's a precious resource.

강물이 얼마나 소중한 자원인지 알 수 있습니다.

But do we treat it like a precious resource?

하지만 우리는 강물을 소중한 자원으로 취급하고 있나요,

Or rather, do we treat it like that old rug

아니면 문 앞에 놓고 신발을 터는데 사용하는

that you put in your front doorway and wipe your feet off on it?

오래된 깔개처럼 소홀히 다루고 있을까요?

Treating rivers like that old rug has severe consequences.

강을 그런 낡은 깔개처럼 다루면 심각한 결과를 초래하게 됩니다.

Let's take a look.

한번 보겠습니다.

Let's see what just one teaspoon of salt can do.

아주 조금밖에 안 되는 소금이 어떤 영향을 미칠 수 있는지 보겠습니다.

If we add one teaspoon of salt

찻숟가락 하나 분량의 소금을

to this Olympic-size swimming pool of ocean water,

올림픽 수영장 크기에 해당하는 바닷물에 넣어도

the ocean water stays ocean water.

그 염도는 크게 달라지지 않습니다.

But if we add that same one teaspoon of salt

하지만 같은 양의 소금을

to this one-gallon jug of fresh river water,

3.8리터 크기 물병에 담긴 강물에 넣으면

suddenly, it becomes too salty to drink.

순식간에 염도가 너무 높아져 마실 수 없게 됩니다.

So the point here is,

여기서 핵심은

because rivers, the volume is so small compared to the oceans,

강물은 바닷물에 비교해 부피가 너무 작기 때문에

it is especially vulnerable to human activity,

인간의 활동에 특히 취약하므로

and we need to take care to protect them.

강물을 보호해야 한다는 것입니다.

So recently, I surveyed the literature

최근 저는 전 세계 강의 상태를 확인하기 위해

to look at the river health around the world.

문헌을 조사했습니다.

And I fully expected to see ailing river health

물이 부족하고 산업 발전에 치중하는 지역일수록

in regions of water scarcity and heavy industrial development.

강이 병들어 있으리라 충분히 예상할 수 있었습니다.

And I saw that in northern China and in India.

예상대로 중국 북부와 인도의 상태가 나빴습니다.

But I was surprised when I read a 2018 article

하지만 저를 놀라게 한 것은 2018년의 글이었는데,

where there's 232 river-sampling sites

미국 전역에서 표본으로 추출되었다는

sampled across the United States.

232개 하천 시료 채취 지역에 대한 내용이었습니다.

And of those sites,

그 지역 가운데

37 percent had increasing salinity levels.

37%의 장소에서 염분 농도가 증가하고 있었습니다.

What was more surprising

더 놀라운 점은

is that the ones with the highest increases

가장 높은 염도 상승을 보인 지역이

were found on the east part of the United States,

미 동부였던 반면에

and not the arid southwest.

기후가 건조한 남서부에서는 그렇지 않았다는 사실입니다.

The authors of this paper postulate

저자는 동부에서 염도가 높아진 이유가

that this could be due to using salt to deice roads.

제설작업을 하는 데 소금을 사용하기 때문이라고 상정합니다.

Potentially, another source of this salt

염분 상승의 다른 이유로

could come from salty industrial wastewaters.

공업 폐수의 염분이 섞여들었을 가능성도 있습니다.

So as you see, human activities can convert our freshwater rivers

여기서 볼 수 있듯 인간의 활동은 강의 담수를

into water that's more like our oceans.

바닷물처럼 바꿀 수 있습니다.

So we need to act and do something before it's too late.

너무 늦기 전에 조치를 취해야 합니다.

And I have a proposal.

이에 제안하고자 합니다.

We can take a three-step river-defense mechanism,

우리는 3단계의 하천 보호 메커니즘을 취할 수 있습니다.

and if industrial-water users practice this defense mechanism,

공업 용수 사용자가 이 보호 메커니즘을 실천한다면,

we can put our rivers in a much safer position.

강을 훨씬 더 안전하게 지킬 수 있습니다.

This involves, number one,

이 메커니즘의 첫 단계는

extracting less water from our rivers

물 재순환과 재사용 작업을 도입해

by implementing water recycle and reuse operations.

강에서 물을 적게 추출하는 것입니다.

Number two,

두 번째 단계는

we need to take the salt out of these salty industrial wastewaters

염분이 있는 공업 폐수에서 소금을 추출해서

and recover it and reuse it for other purposes.

복원한 다음, 다른 용도로 재사용하는 것입니다.

And number three, we need to convert salt consumers,

세 번째로, 소금 소비자들을 변화시켜야 합니다.

who currently source our salt from mines

지금처럼 광산에서 소금을 얻는 대신

into salt consumers that source our salt from recycled salt sources.

앞에서 재활용된 소금을 사용하게 하는 겁니다.

This three-part defense mechanism is already in play.

이 3단계의 보호 메커니즘은 이미 시행되고 있습니다.

This is what northern China and India are implementing

중국 북부와 인도에서 오염된 강을 복원하기 위해

to help to rehabilitate the rivers.

이 방법을 도입했습니다.

But the proposal here

하지만 제가 제안하고자 하는 바는

is to use this defense mechanism to protect our rivers,

이 방법을 사용해 우리 강을 보호하자는 겁니다.

so we don't need to rehabilitate them.

강을 복원시킬 필요가 없도록 말이죠.

And the good news is, we have technology that can do this.

좋은 소식은 우리에게 그런 기술이 있다는 겁니다.

It's with membranes.

바로 막을 가지고 있습니다.

Membranes that can separate salt and water.

물과 소금을 분리하는 막입니다.

Membranes have been around for a number of years,

막은 이미 수 년간 사용되어 왔으며,

and they're based on polymeric materials that separate based on size,

입자의 크기나 물질의 전하에 따라 여과하는

폴리머 소재의 거름막입니다.

or they can separate based on charge.

The membranes that are used to separate salt and water

소금과 물을 분리하는데 사용하는 막은

typically separate based on charge.

일반적으로 전하를 사용합니다.

And these membranes are negatively charged,

이 막은 음전하를 띄면서,

and help to repel the negatively charged chloride ions

소금에 녹아있는

that are in that dissolved salt.

음전하 염화 이온을 밀어냅니다.

So, as I said, these membranes have been around for a number of years,

앞서 말했듯 막은 이미 수년간 사용되었으며

and currently, they are purifying 25 million gallons of water every minute.

지금도 분당 2,500만 갤런(약 9,500만 리터)의 물을 정수하고 있습니다.

Even more than that, actually.

실제로는 그보다 많습니다.

But they can do more.

하지만 더 많은 일을 할 수 있습니다.

These membranes are based under the principle of reverse osmosis.

이 막은 역삼투의 원칙을 따릅니다.

Now osmosis is this natural process that happens in our bodies --

삼투 현상은 우리의 몸에도 일어나는 자연스러운 과정으로,

you know, how our cells work.

사람의 세포가 작동하는 방식이기도 합니다.

And osmosis is where you have two chambers

삼투 현상은 서로 다른 염도를

that separate two levels of salt concentration.

두 단계로 각각 다른 공간에 나누는 것입니다.

One with low salt concentration

하나는 낮은 염도이고

and one with high salt concentration.

다른 하나는 높은 염도입니다.

And separating the two chambers is the semipermeable membrane.

그리고 반투막이 두 공간을 나눕니다.

And under the natural osmosis process,

자연스러운 삼투 과정에서

what happens is the water naturally transports across that membrane

액체가 반투막을 통과하여

from the area of low salt concentration

염도가 낮은 곳에서

to the area of high salt concentration,

염도가 높은 곳으로

until an equilibrium is met.

양쪽의 염도가 일치할 때까지 이동합니다.

Now reverse osmosis, it's the reverse of this natural process.

다음으로 역삼투는 삼투가 반대로 진행되는 자연 과정입니다.

And in order to achieve this reversal,

삼투를 반대로 진행시키기 위해

what we do is we apply a pressure to the high-concentration side

염도가 높은 쪽에 압력을 가해

and in doing so, we drive the water the opposite direction.

액체가 반대 방향으로 옮겨가게 하는 것입니다.

And so the high-concentration side becomes more salty,

따라서 염도가 높은 부분의 염도는 더욱 올라가고

more concentrated,

밀도도 높아지며

and the low-concentration side becomes your purified water.

염도가 낮은 부분은 염도가 없는 물로 정수됩니다.

So using reverse osmosis, we can take an industrial wastewater

역삼투를 공업 폐수에 사용하면

and convert up to 95 percent of it into pure water,

공업 폐수를 최대 95%까지 순수한 물로 바꿀 수 있습니다.

leaving only five percent as this concentrated salty mixture.

오직 5%만의 농축된 소금 혼합물만 제외하고 말이죠.

Now, this five percent concentrated salty mixture

하지만 이 5%의 농축된 소금 혼합물은

is not waste.

폐기물이 아닙니다.

So scientists have also developed membranes

과학자들은 특정한 염분만 통과할 수 있고

that are modified to allow some salts to pass through

다른 물질은 통과할 수 없게 변형시킨

and not others.

막을 만들었습니다.

Using these membranes,

이 막은

which are commonly referred to as nanofiltration membranes,

일반적으로 나노여과 막이라 부르는데

now this five percent concentrated salty solution

이것을 사용하면 5%의 농축된 염분 용액이

can be converted into a purified salt solution.

정제된 염분 용액으로 바뀝니다.

So, in total, using reverse osmosis and nanofiltration membranes,

즉, 역삼투와 나노여과 막을 사용해서

we can convert industrial wastewater

공업 폐수 전체를 물과 소금이라는

into a resource of both water and salt.

자원으로 바꿀 수 있다는 뜻입니다.

And in doing so,

이를 통해,

achieve pillars one and two of this river-defense mechanism.

하천 보호 메커니즘 1단계와 2단계의 토대를 세울 수 있습니다.

Now, I've introduced this to a number of industrial-water users,

이러한 방법을 제가 공업용수 사용자 몇 분에게 소개했을 때,

and the common response is,

일반적인 반응은 다음 같았습니다.

"Yeah, but who is going to use my salt?"

“좋아요, 그런데 누가 내 소금을 가져다 씁니까?”

So that's why pillar number three is so important.

따라서 세 번째 단계가 무척 중요합니다.

We need to transform folks that are using mine salt

광산에서 나온 암염을 사용하는 소비자들이

into consumers of recycled salt.

재활용 소금을 사용하도록 변화시켜야 합니다.

So who are these salt consumers?

그럼 누가 이 소금을 사용할까요?

Well, in 2018 in the United States,

2018년,

I learned that 43 percent of the salt consumed in the US

저는 미국에서 사용된 소금의 43%가

was used for road salt deicing purposes.

제설 목적의 소금으로 쓰였다는 사실을 알게 되었습니다.

Thirty-nine percent was used by the chemical industry.

39%는 화학 산업에서 사용했습니다.

So let's take a look at these two applications.

이 두 부문에서의 사용내역을 한 번 볼까요.

So, I was shocked.

저는 놀랐습니다.

In the 2018-2019 winter season,

2018년과 2019년 겨울,

one million tons of salt

무려 백만 톤의 소금이

was applied to the roads in the state of Pennsylvania.

펜실베이니아주의 도로에 사용되었더군요.

One million tons of salt is enough

소금 백만 톤은

to fill two-thirds of an Empire State Building.

엠파이어 스테이트 빌딩의 2/3를 채우기 충분한 양입니다.

That's one million tons of salt mined from the earth,

지상에서 채굴한 소금 백만 톤을

applied to our roads,

도로에 뿌리고

and then it washes off into the environment and into our rivers.

그 소금은 다시 환경과 강으로 씻겨 나갑니다.

So the proposal here is that we could at least

따라서 저의 제안은

source that salt from a salty industrial wastewater,

적어도 공업 폐수에서 추출한 소금을 사용하여

and prevent that from going into our rivers,

폐수가 강으로 흘러 들어가는 것을 방지하고

and rather use that to apply to our roads.

대신 도로를 제설하는데 사용하자는 것입니다.

So at least when the melt happens in the springtime

그러면 최소한 봄에 소금 섞인 빙판이 녹기 시작해서

and you have this high-salinity runoff,

염분 높은 물이 도로에서 강으로 흘러 들어갈 때

the rivers are at least in a better position

최소한 강은 그 염분에 저항하기 위해

to defend themselves against that.

좀 더 나은 상태를 유지할 수 있을 것입니다.

Now, as a chemist,

화학자로서

the opportunity though that I'm more psyched about

제가 더 흥분되는 것은

is the concept of introducing circular salt into the chemical industry.

화학 산업계에 소금 순환의 개념을 소개할 기회 때문입니다.

And the chlor-alkali industry is perfect.

클로르 알칼리 산업이 여기에 완벽하게 들어맞습니다.

Chlor-alkali industry is the source of epoxies,

클로르 알칼리 산업은 에폭시의 원료이며,

it's the source of urethanes and solvents

우레탄과 용제를 비롯해

and a lot of useful products that we use in our everyday lives.

우리가 일상에서 사용하는 많은 다양한 제품에 들어갑니다.

And it uses sodium chloride salt as its key feed stack.

그리고 클로르 알칼리 산업은 염화나트륨을 핵심 재료로 사용합니다.

So the idea here is,

따라서 이 아이디어는

well, first of all, let's look at linear economy.

우선, 이 과정에 적용되는 선형 경제를 살펴봅시다.

So in a linear economy, they're sourcing that salt from a mine,

생산업체가 광산에서 소금을 구매하면,

it goes through this chlor-alkali process,

소금은 클로르 알칼리 공정을 거쳐

made into a basic chemical,

기초 화학물질이 됩니다.

which then can get converted into another new product,

그리고 기초 화학물질은 다른 새로운 상품이나

or a more functional product.

더 기능적인 제품이 됩니다.

But during that conversion process,

그러나 이 전환 과정에서

oftentimes salt is regenerated as the by-product,

종종 부산물로 소금이 다시 나오고

and it ends up in the industrial wastewater.

이 소금은 공업 폐수에 섞여 들어갑니다.

So, the idea is that we can introduce circularity,

따라서 핵심은 우리가 순환성을 도입함으로써

and we can recycle the water and salt from those industrial wastewater streams,

물과 소금을 공업 폐수와 공장에서

from the factories,

재활용할 수 있고

and we can send it to the front end of the chlor-alkali process.

그것을 클로르 알칼리 공정 착수에 다시 보낼 수 있다는 것입니다.

Circular salt.

순환하는 소금이죠.

So how impactful is this?

이게 얼마나 큰 효과를 낼까요?

Well, let's just take one example.

한 가지 예를 들어보겠습니다.

Fifty percent of the world's production of propylene oxide

전 세계에서 생산하는 프로필렌 옥사이드의 50%는

is made through the chlor-alkali process.

클로르 알칼리 공정을 거쳐 생산됩니다.

And that's a total of about five million tons of propylene oxide

연간 총 5백만 톤의 프로필렌 옥사이드가

on an annual basis, made globally.

전 세계적으로 생산되는 것이죠.

So that's five million tons of salt mined from the earth

땅에서 채굴한 5백만 톤의 소금이

converted through the chlor-alkali process into propylene oxide,

클로르 알칼리 공정을 거쳐 프로필렌 옥사이드가 되고,

and then during that process,

그 과정에서,

five million tons of salt that ends up in wastewater streams.

5백만 톤의 소금이 폐수로 들어갑니다.

So five million tons

소금 5백만 톤은

is enough salt to fill three Empire State Buildings.

엠파이어 스테이트 빌딩 세 채를 채울 수 있는 양입니다.

And that's on an annual basis.

이 양은 연간 기준입니다.

So you can see how circular salt can provide a barrier

따라서 소금 순환이 과도한 염분 배출되는 것으로부터

to our rivers from this excessive salty discharge.

우리의 강을 지키는 장벽이 될 수 있음을 알 수 있습니다.

So you might wonder,

아마 의문이 드실 수 있을 겁니다.

"Well, gosh, these membranes have been around for a number of years,

“글쎄, 막이 나온지 몇 년이나 됐다는데,

so why aren't people implementing wastewater reuse?

어째서 사람들은 폐수 재사용을 시행하지 않는 거죠?”

Well, the bottom line is,

글쎄요, 중요한 것은,

it costs money to implement wastewater reuse.

폐수 재사용을 시행하려면 비용이 든다는 점이고,

And second,

다음으로,

water in these regions is undervalued.

이런 지역에서는 물의 가치가 경시되기 때문입니다.

Until it's too late.

너무 늦을 때까지요.

You know, if we don't plan for freshwater sustainability,

사람들이 담수를 지속적으로 사용할 수 있게 계획하지 않으면

there are some severe consequences.

심각한 결과를 초래할 것입니다.

You can just ask one of the world's largest chemical manufacturers

세계에서 가장 거대한 화학 제조업체 중 하나가

who last year took a 280-million dollar hit

작년 2억 8천만 달러의 손해를 봤습니다.

due to low river levels of the Rhine River in Germany.

독일에서 라인 강의 수위가 낮아졌기 때문인데요.

You can ask the residents of Cape Town, South Africa,

남아프리카 공화국 케이프타운의 주민들은,

who experienced a year-over-year drought drying up their water reserves,

매년 수원을 마르게하는 가뭄을 겪으며

and then being asked not to flush their toilets.

화장실 물도 내리지 말라는 요청을 받았습니다.

So you can see,

여기 볼 수 있듯이

we have solutions here, with membranes,

막을 이용한 해결책이 있습니다.

where we can provide pure water,

깨끗한 물을 제공할 수 있고

we can provide pure salt,

순수한 소금을 제공할 수 있습니다.

using these membranes, both of these,

막으로 물과 소금을 재활용하여

to help to protect our rivers for future generations.

다음 세대가 살아갈 수 있도록 우리의 강을 보호합시다.

Thank you.

감사합니다.

(Applause)

(박수)