우리얘기

한겨울에도 신선한 채소를 공급해주는 비닐하우스.

채소가 얼어 죽지 않고 성장할 수 있도록 실내온도를 높여야 하는데요.

어떻게 적정 온도를 유지할까요?

흔히들 보일러로 온도를 유지한다고 생각하는 경우가 많더라고요.

하지만 가장 보편적인 방법은 바로 ‘물’, 지하수입니다.

비닐하우스 지붕 사이로 지하수를 뿌려서 수막을 만들어 낮에 비닐하우스 안에 갇힌 열의 유출을 막는, 수막가온법입니다.

비싼 기름을 태우지 않아도 되니 시설재배 농민들에게는 아주 유용한 방법인데요.

지하수는 추운 겨울에도 평균 수온 15℃ 내외를 유지하기 때문입니다. 

그렇지만, 여기에도 문제가 있습니다.

우리나라는 연 강수량의 80~90%가 여름철에 집중되기 때문에 겨울은 극심한 갈수기를 겪기 일쑤, 지하수가 부족한 것입니다.

실제 우리나라 시설농가에서 수막가온을 위해 한 해 겨울동안 사용하는 지하수의 량은 무려 6억 9000만 톤, 우리나라 농업용 지하수 사용량의 40%를 차지하고요. 전체 지하수 사용량의 18%나 되는 양입니다.

때문에 매년 1월 경이면 지하수 부족으로 수막가온을 하기 어려워지고, 결국 보일러와 온풍기를 가동해야 하기 때문에 농민의 난방비 부담이 급증하게 됩니다. 

시설농가 물 걱정 더는 지하수 인공함양 수막재배법 개발

한국지질자연연구원 김용철 박사 연구팀은 최근 지하수위 복원 및 고갈을 방지하는 지하수 인공함양 기술인  ‘대수층 순환식 수막재배 시스템’을 개발했습니다.

대수층 순환식 수막재배 시스템

이 기술은 수막재배에 사용된 지하수와 수집한 빗물을 함께 지하로 환원, 지하수의 수위를 일정하게 보존해 재활용하는 것이 가능합니다.

게다가 지열을 안정적인 열원으로 사용해 주입된 물의 온도를 자연 지하수와 같은 15℃ 내외로 일정하게 유지할 수 있어 겨울철 시설농가의 난방비를 크게 절약할 수 있습니다.

대수층 순환식 수막재배 시스템 단공 주입/양수 복합관 단면도

지질연은 이번 연구결과를 토대로 충북 청주시 가덕면 상대리 실증연구부지에서 실증시험을 성공적으로 진행했습니다.

연구팀은 실증시설을 통해 수집된 빗물을 수막재배에 사용한 지하수와 집수시설 사여과장치와 코일여과장치로 정화하고, 하우스 내에 설치된 지하열교환관으로 가온한 후 지하로 주입해 저장했다가 다시 활용하는 방식으로 구현했습니다.

대수층 순환식과 비순환식 기간 동안 지하수위 변화 비교

여기에는 연구팀이 개발한 ‘주입-양수 복합관’이 적용, 주입과 양수를 동시에 성공했는데요.

이 복합관을 적용하면 기존 농가가 사용하는 지하수관정을 활용할 수 있어 추가 시추로 인한 비용이 들지 않는 장점이 있고요.

또 관정 수위센서에 의해 지하수위 모니터링과 자동운전이 가능합니다. 

비용 편익 분석 결과

시설농가 경제성 3배 향상

연구팀은 이번 연구결과와 기존 비순환식 수막시설과의 비용편익을 비교한 결과, 대수층 순환식 수막시설로 딸기를 재배할 경우 비순환식에 비해 경제성이 약 3배 높은 것으로 분석했습니다.

특히, 이 시스템을 사용하면 새벽에 갑작스런 급수 중단으로 인한 농작물 냉해 피해도 없어 농민이 안심하고 사용할 수 있을 것으로 기대됩니다.

연구팀은 이번 실증시험을 바탕으로 향후 기술표준화, 설치단가 절감, 보급형 시설 개발 등을 통해 상용화를 앞당길 계획입니다.

한국지질자원연구원(KIGAM)은 '올해의 KIGAM인 상' 수상자로 광물자원연구본부 김상배 박사와 지구환경연구본부 선우춘 박사를 각각 선정했습니다.

김상배 박사

선우춘 박사

김상배 박사는 1985년부터 한국지질자원연구원에 근무하면서 광물자원 정제 및 부가가치 향상 기술개발 분야에서 탁월한 연구업적을 쌓았고, 각종 폐자원으로부터 유가자원을 회수하는 기술을 연구하는 등 친환경 기술 개발과 환경산업 활성화에 공헌했다.

선우춘 박사는 30여 년간 암반조사 및 평가, 갱도 안정성 평가, 사면의 안정성 평가 등 자원개발 및 암반공학 분야 발전에 선도적 역할을 수행했고, 다이아몬드 와이어 쏘를 이용한 채석법 소개, 양면발파 보급, 석재가공기술 및 채석기술개발 등 다양한 연구업적을 인정받았다.

해외에서 대규모 지진 발생할 때 지진파 움직임이 국내 지하수위 변동에 영향을 미친다는 연구 결과가 나왔습니다.

한국지질자원연구원 하규철 박사팀은 2011년 3월 동일본 지진 발생 시 지진파 변동과 비슷한 패턴으로 제주도 지하수위가 변동되는 것을 관측했습니다.

일본 진앙지와 제주도까지의 거리는 약 1500km로, 이번 연구를 통해 먼 거리 해외 지진이 국내 지하수 변동에도 영향을 미친다는 것이 입증됐습니다.

규모 9.0인 동일본 지진 발생 3분 후, 제주도 지하수위 변동이 관측 됐고, 변동 폭은 3~192.4cm였습니다.

이 때 지하수질 변동도 관측 됐습니다.

15개 관측소 중 9개 관측소에서 0.01℃~1.2℃의 온도변화가 있었고, 3개 관측소에서는 지하수 전기전도도 변화가 20μS/cm에서 35,500μS/cm로 관측됐습니다.

동일본 지진 진앙 위치 및 지하수위 변동 그래프

이런 수질변화는 지진에 의해 서로 다른 수질이 혼합되어 발생한 것으로 추정됩니다.

이번 연구는 제주도 지하수 관측공에 자동수위관측기를 장착, 1분 단위로 변동을 측정해 지진파와의 상관관계를 밝혀낸 것입니다.

이번 연구에서는 지하수질 변동을 알 수 있는 온도와 전기전도도 측정도 실시되었습니다.

관측 시간이 1시간 단위였던 기존 연구는 지하수위 변동만 파악했을을 뿐 지진과의 연관성을 찾기에는 미흡했습니다.

지진파는 수 초~수 분 내 측정되고, 지하수위 변화는 지진 발생 후 30분 이내 발생할 가능성이 크기 때문입니다.

앞서 2010년 6월에 발생한 인도네시아 수마트라 지진발생 때에도 제주도 지하수위 변동이 관측된바 있습니다.

규모 7.7인 인도네시아 수마트라 지진의 경우, 지진 발생 약 10분 후 제주도 지하수위는 지진파와 비슷한 진동형태로 변동하는 모습을 보였고, 변동 수위는 1.4~2.4cm 범위였습니다.

인도네시아 지진 진앙지와 제주도는 약 4600km 떨어져 있습니다.

인도네시아 수마트라 진앙 위치

한국지질자원연구원은 이번 연구결과를 바탕으로 국내외 지진에 따른 지하수 변동 관련 연구를 강화할 예정입니다.

동일본 지진 이후 대규모 지진 발생에 대한 우려가 높아지는 가운데 이 연구가 지하 암반 투수성 등 수리지질 조건의 변화를 관측함으로써 지진 예측 기술에 적용 될 수 있을 전망입니다.

충북 제천의림지는 약 2000년 전에 축조됐습니다.

우리나라의 금속활자인 ‘증도가자’에서 먹을 채취해 측정한 결과 세계에서 가장 오래된 금속활자라는 사실이 밝혀졌습니다.

이 같은  옛 건축물이나 유물의 제작 연대는 어떻게 알 수 있을까요?

바로 한국지질자원연구원 지질자원분석실에 ‘가속기 질량분석기(AMS)’가 있기 때문입니다.

한국지질자원연구원 AMS는 외부로부터 의뢰받은 고고학 시료 연대 측정이나 학술 시료 분석 등 때문에 1년 365일 24시간 가동 중입니다.

AMS는 방사성 탄소를 이용해 다른 장비로는 측정 불가능한 5만 년 전 시료까지 연대 측정이 가능합니다.

AMS의 원리는 지구상에 초극미량만 존재하는 우주선 유발 동위원소를 측정하는 것입니다.

우주선 유발 동위원소는: 우주선이 지구 대기권으로 진입할 때 대기권 최상층부에서 대기 중의 원자핵들과 핵반응을 일으킬 때 만들어지는 동위원소로, 대표적으로 방사성탄소(탄소-14), 베릴륨-10, 알루미늄-26 등이 있으며, 그 존재량은 매우 적습니다.

이를 통해 연대측정이나 지질의 퇴적률, 암석의 융기율 등을 측정할 수 있습니다.

또 AMS는 단순한 연대측정 뿐만 아니라 고기후 관련 연구에도 활용됩니다.

최근 지질연은 충북대와 공동 연구에서 가속기 질량분석기를 활용해 과거 700년 간 우리니라 대기 중 방사성 탄소 농도를 복원하는데 성공했습니다.

이러한 연구 성과는 향후 기후변화를 예측하는 중요한 자료로 활용되고 있습니다.

또 AMS는 화석연료 사용으로 발생되는 이산화탄소 비율을 측정해 인구 밀집지역의 오염도를 나타낼 수도 있습니다.

지질연 AMS는 매년 1000개 이상의 연대측정 의뢰를 받고 있어 정부가 투자한 거대 장비 중의 대표적 성공사례로 꼽히고 있습니다. 

라돈은 방사성 물질로 폐암을 유발하는 것으로 알려져 있습니다.

높은 농도의 라돈을 계속 호흡할 경우 폐의 방사선 피폭으로 인한 폐암유발 위험이 높아지는 것으로 보고 있습니다.

라돈은 흡연과 같이 작용한다면 폐암 발생 위험도는 더욱 급증하는데요.

라돈은 지반 중 우라늄 함량이 높은 곳에서 농도가 높습니다.

한국지질자원연구원은 외부의 전력공급 없이도 지하수에 들어 있는 폐암 원인물질인 라돈을 손쉽게 제거할 수 있는 신기술이 개발했습니다.

지질연구원 지구환경연구본부 지하수연구실 이길용 박사팀이 지하수에서 최소 80%의 라돈을 제거할 수 있는 ‘무동력 지하수 라돈 저감시스템(Radon Free System: RFS)’을 개발했는데요.

이 시스템은 지하수가 물탱크로 들어갈 때의 수압을 이용해 수차를 돌리고, 수차의 회전력으로 환풍기를 작동시킴으로써, 지하수 속에 함유된 라돈을 공기중으로 방출시켜 제거하는 원리가 특징입니다.

이는 기존의 공기를 공급 또는 포화시켜 생물화학적으로 정화를 촉진하는 폭기법이나 흡착력이 강한 활성탄 설비 등을 사용하는 라돈 제거 방법이 유지비가 많이 든다는 것과 비교되는 것인데요.

지질연구원은 RFS 기술을 논산시 상하수도사업소의 협조를 얻어 지난 1년 6개월간 실제 라돈 농도가 높은 마을상수도에서 현장 시험을 수행, 최소 약 80%의 저감효율을 얻어 그 실용성을 인정받았습니다.

 연구팀은 공장 등 대용량 지하수시설이 있는 곳에서도 이 설비를 사용할 수 있도록 ‘대용량 고함량 지하수 라돈저감 시스템’도 추가로 개발해,  현장 시험 결과 90% 이상의 라돈 저감 효율을 얻었다고 합니다.

비소는 화학적으로는 금속과 비금속의 성질을 가지면서 준 중금속으로 분류되며, 다양한 화합물의 형태로 환경 중에 분포하는 주요 환경오염물질 중 하나입니다. 

비소는 맹독성 발암물질로 채광 및 제련, 화석연료 연소, 농약의 제조 및 사용, 목재 처리 등 다양한 경로를 통해 토양에 유입돼 인류와 생태계에 대한 직접적인 위해뿐만 아니라 2차적으로 지하수, 지표수, 농작물 오염을 유발하고 있습니다.

얼마전 나사는 독극물인 비소를 먹고 사는 슈퍼박테리아의 존재를 공개해 큰 반향을 불러일으키기도 했습니다.

비소의 유해성은 이온 상태나 화합물의 형태에 따라 다른데, 3가 비소 화합물이 5가 비소 화합물보다 더 유해하고, 무기비소 화합물이 유기비소 화합물보다 더 유해합니다.

무기비소 화합물은 비교적 이동이 자유롭기 때문에 식품이나 음용수에 오염되는 경우도 있습니다.

비소 및 비소화합물은 인간과 동물에서 발암성이 있는 것으로 알려지고 있어 국제암연구소(IARC)에서는 이를 인체 발암물질(group1)로 분류하고 있습니다. 

사람이 비소에 노출되는 주요 경로는 호흡기와 소화기계입니다.

일반적으로 금속 제련업, 살충제 제조업, 목재 운반 및 가공업 등 비소 화합물을 취급하는 사업장 근로자의 경우 호흡기를 통해 비소 화합물에 노출될 수 있습니다.

그러나 일반인들은 비소에 오염된 물이나토양에서 재배된 농작물 및 어패류 등의 섭취를 통해서 노출되고 있는데요.

연구 결과 무기비소에 노출된 사람들은 피부암 등 암 발생이 증가하는 것으로 나타나고 있습니다.

한국지질자원연구원 지구환경연구본부 김재곤 박사 연구팀은 비소오염 토양을 복원하는 기술인 ‘비소오염토양 세척복원기술’을 개발했습니다.

연구진은 오염된 토양을 환원제와 산을 함유한 세척액과 반응시키면 토양이 약산성을 띄면서 환원환경을 조성해 비소를 토양입자로부터 용출시키는 원리를 적용했습니다.

또 토양 세척 후 황산염과 비소를 함유한 세척액으로 인한 재오염을 막기 위해 산화제, 칼슘염, 응집제 등을 이용해 유해물질을 제거, 2차 오염을 방지하고 재활용 할 수 있도록 한 것도 특징입니다.

이 기술은 토양 1톤 당 처리비용이 15만 원 미만으로, 기존의 동전기추출, 열처리, 오염정화식재 등 기존의 복원법보다 경제적일 뿐 아니라 효율성도 훨씬 우수합니다.
 
지질연구원은 국내 현장에서 실증시험을 거친 후 기술 상용화 한다고 합니다.