인공적인 물

• 같은 말 인공물, 인공수(人工水)
• 반응식: 2𝐻2+𝑂2→2𝐻2𝑂
• 제어된 조건에서 반응시켜야 안전하게 물을 얻을 수 있으며 극단적 상황에서는 인공적으로 합성한 물이 생존을 위한 대안 또는 연구·우주 탐사·군사적 특수 상황에서만 고려
• 대표적인 예가 반도체 산업의 초순수(UPW, Ultra Pure Water)가 대표적

 

역사

 

• 고대 이집트 알렉산드리아 연금술사들이 바닷물 끓여 증기를 모아서 식수를 쓸려고 했던 것이 증류수의 기원임
• 메소포타미아 문명, 인도, 중국에서는 모래·숯·자갈을 이용해 물을 걸러내는 인공 정수 시스템을 사용
• 중세 서유럽의 연금술사들은 “원소를 합성해 물을 만들 수 있다”는 생각을 했지만, 실제로는 불가능
• 물이 단일 원소가 아니라 수소와 산소의 화합물이라는 사실이 밝혀지면서, “인공적으로 물을 합성할 수 있다”는 개념이 과학적으로 확립
• 19세기 서유럽에서 전기분해로 물을 분해하고 다시 합성하는 실험이 성공하면서, 인공수는 실제 과학적 실험 대상이 가능하다는 밝혀짐

 

필요성

 

• 기후 변화, 인구 증가, 산업 수요로 인해 민물 자원 대폭적 감소
• 방사능, 중금속, 미세플라스틱 등으로 자연수의 안전성이 떨어질 수 있다.
• 인공적으로 합성하거나 고도 정제한 물은 품질을 일정하게 유지가 필요할때

 

방법

 

• 해저 담수화
• 대기중 수분 포집
• 전기분해 재합성
• 초순수 시스템 응용

 

위험성

 

• 수소와 산소를 직접 반응시키면 폭발 위험
• 실험실이나 산업 현장에서는 수소를 태워서 물을 얻는 대신, 전기분해로 물을 분해해 수소·산소를 얻는 경우가 더 많다.
• 물은 지구에 풍부하기 때문에 굳이 인공적으로 합성할 필요가 거의 없다.
• 영양적 결핍: 초순수처럼 완전히 정제된 물은 미네랄이 없어 장기간 음용수로 쓰기에는 인체에 적합하지 않음
• 수화나 초순수 생산 과정은 에너지 소모가 크고, 부산물 처리 문제도 발생
• 생산공정, 설비 설치, 유지, 운영 비용이 크고 손실률이 아주 높음
• 대량 생산이 제한적

 

초순수(UPW, Ultra Pure Water)기준 생산과정

간략 정리: 자연수 → 다단계 정제 → 인공적으로 합성된 순수한 물

 

원수 확보

일반 수돗물이나 지하수를 원료로 사용.

• 수돗물, 지하수, 하천수 등에서 취수
• 초기 단계에서는 불순물이 많음

 

전처리 단계

큰 입자와 유기물 제거.

• 모래 필터로 큰 입자 제거
• 활성탄 필터로 유기물·염소 제거
  

 

 

역삼투압(RO) 처리

반투막을 이용해 대부분의 이온과 미생물 제거.

• 고압으로 물을 막에 통과시킴
• 99% 이상 불순물 제거

 

 

이온 교환 및 혼합 베드 처리

남은 이온을 제거해 전기전도도 낮춤.

• 양이온·음이온 교환 수지 사용
• 전기전도도 0.1 μS/cm 이하 달성

 

 

초미세 필터링

나노 수준의 입자 제거.

• 0.05 μm 이하 필터 사용
• 박테리아, 미세 입자 제거

 

 

최종 폴리싱 단계(Recommended)

광학적·화학적 안정성을 확보.

• UV 산화로 미량 유기물 제거
• 탈기 처리로 용존 산소 제거