인공눈
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1. 개요
인공눈은 물과 에너지를 사용하여 자연 강설을 모방하여 만들어지는 눈으로, 1950년대에 발명되어 스키장 등에서 널리 사용된다. 인공눈은 물을 얼음 결정으로 만들기 위해 공기 압축기와 핵 형성제를 사용하며, 제설기 종류에 따라 작동 방식이 다르다. 인공눈은 스키 시즌 연장 및 경제적 이점을 제공하지만, 많은 물과 에너지를 소비하고 지하수 오염 및 생태계 파괴 등의 환경적 영향을 미친다. 기후 변화로 인해 인공 눈에 대한 의존도가 높아짐에 따라, 환경 문제와 더불어 토지 이용, 문화적 갈등 등 다양한 사회적 문제도 발생하고 있다.
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| 인공눈 | |
|---|---|
| 개요 | |
 | |
| 정의 | 물에서 인위적으로 눈을 생산하는 과정 |
| 관련 용어 | 인공설 가짜 눈 |
| 역사 | |
| 최초 시연 | 1940년대, 제너럴 일렉트릭 |
| 상업적 사용 시작 | 1950년대 |
| 작동 원리 | |
| 기본 원리 | 물을 작은 입자로 분사하여 냉각시켜 얼림 |
| 핵심 요소 | 물 압축 공기 노즐 |
| 온도 조건 | 일반적으로 0°C 이하 (최적: -4.3°C) |
| 제조 방법 | |
| 공기-물 시스템 | 압축 공기와 물을 혼합하여 분사 |
| 팬 시스템 | 팬을 사용하여 물 입자를 공기 중에 분사 |
| 최신 기술 | 효율성 향상을 위한 다양한 기술 개발 중 |
| 사용 조건 | |
| 최저 온도 | 이론적으로 0°C 이하 |
| 습도 | 낮은 습도가 효율적인 눈 생산에 유리 |
| 기술 발전 | +2.0°C 또는 +1.5°C에서도 작동 가능한 기술 개발 |
| 습구 온도 | -2.8°C 또는 -2.5°C에서 작동 가능 |
| 눈의 품질 | |
| 밀도 | 자연 눈보다 밀도가 높음 |
| 수분 함량 | 수분 함량 조절 가능 |
| 안정성 | 더 따뜻한 온도에서도 잘 녹지 않음 |
| 환경 영향 | |
| 물 소비 | 대량의 물 소비 |
| 에너지 소비 | 에너지 집약적인 과정 |
| 잠재적 영향 | 수자원 고갈 생태계 영향 |
| 용도 | |
| 스키장 | 슬로프 유지 및 개선 |
| 스노보드 파크 | 지형 조성 |
| 이벤트 | 겨울 스포츠 행사 |
| 찬반 논쟁 | |
| 찬성 | 스키 시즌 연장 경제적 이익 |
| 반대 | 환경 영향 높은 비용 |
| 미래 | |
| 기후 변화 | 기후 변화로 인한 자연 눈 감소에 대한 대안으로 중요성 증가 |
| 기술 혁신 | 효율성 향상 환경 영향 감소 |
| 발전 방향 | 지속 가능한 눈 생산 기술 개발 |
2. 역사
미국인 아트 헌트, 데이브 리치, 웨인 피어스는 1950년에 스노우 캐논을 발명하고 특허를 받았다.[4][5][6] 1952년 그로서싱어스 캣스킬 리조트 호텔이 세계 최초로 인공눈을 사용했다.[7] 1970년대 초부터 전 세계적으로 인공눈 사용이 확산되었다.
인공눈 생산의 주요 고려 사항은 물과 에너지 효율성을 높이고 인공눈을 만들 수 있는 환경적 범위를 넓히는 것이다.
제설은 컴퓨터 제어 기술 도입으로 더 큰 효율성을 달성했다.
3. 작동 원리
제설 시설에는 매우 크고 비싼 공기 압축기가 필요하다. 랜스를 사용할 때 인공눈을 만드는 데 필요한 에너지는 랜스의 경우 약 0.6–0.7 kW h/m3이고, 팬 건의 경우 1–2 kW h/m3이다. 인공눈의 밀도는 400~500 kg/m3이며, 눈을 생산하는 데 필요한 물 소비량은 대략 그 숫자와 같다.[8]
제설은 강이나 저수지와 같은 수원으로 시작된다. 물은 펌프실에 있는 매우 큰 전기 펌프를 사용하여 산의 파이프라인으로 펌핑된다. 이 물은 제설이 필요한 모든 트레일에 복잡한 일련의 밸브와 파이프를 통해 분배된다. 대부분의 리조트는 또한 가능한 한 많은 물이 얼어 눈으로 변하도록 핵 형성제를 추가한다. 이러한 제품은 물 분자가 얼음 결정으로 얼기 위한 적절한 형태를 형성하도록 돕는 유기 또는 무기 물질이다. 이 제품은 무독성이며 생분해된다.
제설 과정의 다음 단계는 공기 플랜트를 사용하여 공기를 추가하는 것이다. 이 플랜트는 종종 밴이나 트럭 크기의 전기 또는 디젤 산업용 공기 압축기가 포함된 건물이다. 그러나 경우에 따라 디젤 동력의 휴대용 트레일러 장착 압축기를 사용하여 공기 압축이 제공되며, 이를 시스템에 추가할 수 있다. 수동 팬형 제설총에는 자체 전기 공기 압축기가 장착되어 있어 더 저렴하고 컴팩트하게 작동할 수 있다. 스키장은 필요한 고출력 워터 펌프는 갖추고 있지만 에어 펌프는 없을 수 있다. 온보드 압축기는 전용 펌핑 하우스를 갖는 것보다 더 저렴하고 쉽다. 공기는 일반적으로 냉각되고 과도한 수분이 제거된 후 플랜트에서 배출된다. 일부 시스템은 시스템에 들어가기 전에 물을 냉각하기도 한다. 이렇게 하면 공기와 물에 열이 적을수록 물을 얼리기 위해 대기로 방출해야 하는 열이 적어지므로 제설 과정이 개선된다. 이 플랜트에서 공기는 물 파이프라인과 동일한 경로를 따라 별도의 파이프라인을 통해 이동한다.
물은 때때로 박테리아인 슈도모나스 시린가이의 ''ina(빙핵 활성) 단백질''과 혼합된다. 이러한 단백질은 비교적 높은 온도에서 얼음 결정을 생성하는 효과적인 핵 역할을 하여 물방울이 땅에 떨어지기 전에 얼음으로 변하게 한다. 박테리아는 식물에 피해를 주기 위해 이 ''ina'' 단백질을 사용한다.[9]
3. 1. 인프라
트레일을 따라 설치된 파이프에는 소화전, 전력, 그리고 선택적으로 통신선이 장착된 보호 시설이 필요하다.[10] 팬 건용 보호 시설은 물, 전력, 통신(선택적)만 필요하지만, 랜스형 보호 시설은 공기 소화전이 추가로 필요하다. 하이브리드 보호 시설은 다양한 제설기를 연결할 수 있도록 유연성을 제공한다. 랜스형 보호 시설의 일반적인 거리는 100~150m이며, 팬 건의 경우 250~300m이다. 이러한 소화전에서 3.81~5.08cm 압력 저항 호스가 소방 호스와 유사하게 캠록으로 제설기에 연결된다. 제설을 지원하는 인프라는 저수지 근처의 지하수면을 변화시키고 눈 아래 토양의 미네랄 및 영양분 함량을 변경하여 환경에 부정적인 영향을 줄 수 있다.[10]
4. 제설기 종류
제설기는 공기와 물을 혼합하여 눈을 만드는 기본적인 원리는 같다. 하지만, 방식에 따라 여러 종류로 나뉜다. 대부분 혼합물에 물의 양을 조절하여 눈의 "품질"을 변경할 수 있다.[11][12]
일반적으로 제설기는 내부 혼합, 외부 혼합, 팬건의 세 가지 유형이 있다. 이들은 에어 워터건과 팬건의 두 가지 주요 스타일로 나뉜다. 에어 워터건은 타워 또는 지면의 스탠드에 장착할 수 있다. 더 높은 압력의 물과 공기를 사용하며, 팬건은 강력한 축류 팬을 사용하여 물 분사를 멀리 내보낸다.
현대식 스노우 팬은 팬 기류에 물을 주입하는 하나 이상의 노즐 링으로 구성된다. 별도의 노즐 또는 작은 노즐 그룹은 물과 압축 공기의 혼합물로 공급되어 눈 결정을 위한 핵생성 지점을 생성한다. 물방울과 작은 얼음 결정은 강력한 팬에 의해 혼합되어 밖으로 밀려난 후, 땅에 떨어지면서 주변 공기에서 증발하여 더 냉각된다. 얼음 결정은 물방울이 0°C(32°F)에서 얼도록 하는 씨앗 역할을 한다. 이러한 결정이 없으면 물은 과냉각 상태가 되고 결빙되지 않는다.[11][12] 기온이 낮을수록 제설기는 더 많은 양질의 눈을 만들 수 있다. 물과 공기 흐름의 혼합 품질과 상대적 압력은 만들어지는 눈의 양과 품질에 중요하다.
현대식 스노우 캐논은 컴퓨터화되어 자율적으로 작동하거나 원격으로 제어할 수 있다. 작동 매개변수는 시작 및 중지 시간, 눈의 품질, 작동할 수 있는 최대 습구 온도, 최대 풍속, 수평 및 수직 방향, 스위프 각도 등이다.
4. 1. 내부 혼합형
4. 2. 외부 혼합형
4. 3. 팬형
4. 4. 스노우 랜스
가정용 크기의 공기 및 물 공급 장치로 작동하도록 축소된 소형 제설기가 존재한다. 가정용 제설기는 정원 호스 또는 고압 세척기에서 물을 공급받으며, 시간당 더 많은 눈을 만든다. 배관 부속품과 특수 노즐 또는 고압 세척기 노즐로 만든 자가 제설기 계획도 있다. 가압 공기는 일반적으로 표준 공기 압축기에서 공급된다.가정용 제설기의 눈 생산량은 공기/물 혼합, 온도, 바람의 변화, 펌핑 능력, 물 공급, 공기 공급 및 기타 요인에 따라 달라진다. 온도가 물의 어는점보다 훨씬 낮지 않으면 가정용 분무기를 사용하는 것은 효과가 없다.
5. 사용 현황
전 세계 스키장의 상당수가 인공눈을 사용하며, 특히 기후 변화로 인해 의존도가 높아지고 있다. 2009-2010 시즌 미국 스키장의 약 88%가 인공눈을 사용했다.[13] 유럽 알프스 지역은 국가별로 인공눈 사용 비율이 다른데, 이탈리아는 90%, 오스트리아는 70%, 스위스는 53%, 프랑스는 37%, 독일은 25%가 인공눈을 사용한다.[14]
1985년 이후, 미국 본토의 11월부터 2월까지의 평균 전체 기온은 1901년에서 2000년 사이에 측정된 해당 월의 평균 기온보다 일관되게 높았다.[15] 기온 상승은 더 많은 눈 녹음과 강설량 감소를 초래하여, 스키 리조트가 인공 눈 사용에 더 의존하게 만든다. 그러나 기온이 너무 높아지면 현재 기술로는 제설이 불가능하다.
인공 눈의 사용이 일반화되면서, 애리조나 스노우볼 스키 리조트의 경우처럼 새로운 스키 리조트 건설이나 기존 스키 리조트 확장이 이루어지기도 한다. 하지만 이러한 개발은 산림 벌채, 생태계 손실, 문화적 반대를 야기할 수 있다. 2008년 기준으로 눈 대포 구매 및 기반 시설 개발 비용은 약 131,000달러였다. 프랑스 알프스에는 약 6,100만 달러, 오스트리아에는 1,005달러, 스위스에는 415달러가 제설 기술에 투자되었다.[16] 또한, 평균적인 미국 스키 리조트 에너지 비용의 50%는 인공 눈 생산에 사용된다.[13]
6. 경제적 측면
제설은 스키 리조트가 스키 시즌을 연장하고, 강설량이 부족한 시기에도 사업을 유지할 수 있도록 해준다.[17] 기후 변화로 강설량이 예측 불가능해짐에 따라 스키 리조트의 경제적 성공이 위협받고 있다. 2008년과 2013년 사이에 미국의 스키 및 스노보드 리조트는 연간 약 30억 달러의 수익을 올렸다.[17]
스키 리조트의 경제적 이점은 최근 몇 년 동안 약 30억 달러에 달했지만, 미국의 겨울 관광의 추가적인 경제적 가치는 연간 약 122억 달러로 추정된다.[17][13] 이러한 추가적인 이점은 호텔, 레스토랑, 주유소 및 기타 지역 사업체에서의 지출 형태로 나타난다. 또한, 겨울 관광은 미국에서 약 211,900개의 일자리를 지원하며, 이는 총 약 70억 달러의 급여 및 혜택, 14억 달러의 주 및 지방세, 17억 달러의 연방세 지불액에 해당한다. 눈 스포츠의 경제적 이점은 크지만 취약하여, 강설량이 적은 해에는 경제 활동이 약 10억 달러 감소하는 것으로 추정된다.[13]
7. 환경적 영향 및 미래 전망
산악 저수지는 지역 생태계에 상당한 피해를 초래하는 인공 눈 생성 기술 관련 주요 인프라 프로젝트이다.[18] 많은 산악 저수지는 지하 수도관에 물을 공급하는 제방 댐이며, 인근 주민과 생태계에 심각한 안전 위험을 초래한다.[18] 기존 저수지와 댐이 제기하는 위험 외에도, 산악 저수지는 눈사태, 급류, 산사태 등 다양한 산악 특유의 위험에 노출된다.[18] 약 20%의 산악 저수지가 눈사태 발생 가능성이 높은 지역에 건설되어 있으며, 약 50%는 매우 높은 위험에 노출되어 있다.[18] 또한, 산악 저수지는 매우 빠르게 물을 방출하여 대규모 홍수를 일으키고, 공공 안전을 심각하게 위협할 수 있다.[18] 이러한 위험의 심각성은 하류 지역의 인구와 재산에 미치는 잠재적 영향으로 인해 더욱 커진다.[18]
인공눈을 만드는 데에는 많은 물과 에너지가 소모된다. 제설기는 일반적으로 1헥타르의 슬로프를 덮는 데 3,000~4,000㎥의 물을 필요로 한다.[18] 1㎥의 눈을 생산하는 데 약 400리터의 물이 필요하며, 이 물의 상당량은 증발로 인해 지하수로 되돌아가지 않는다.[20][21] 1㎥의 눈을 생산하는 데 약 3.5~4.3kWh의 에너지가 필요하다.[22] 제설 작업은 스키 리조트 에너지 비용의 상당 부분을 차지하며, 평균적인 미국 스키 리조트의 경우 에너지 비용의 약 50%를 차지한다.[13]
스키 리조트는 인공 눈 생산에 종종 광물질화된 물을 사용하는데, 이는 주변 생태계와 지하수에 부정적인 영향을 미친다.[18] 산악 저수지는 종종 고도로 광물질화된 물로 채워지며, 이러한 저수지에서 흘러나오는 물은 지하수의 광물질 및 화학적 조성을 변화시켜 식수를 오염시킨다.[18] 게다가 산악 저수지는 물이 땅속으로 스며들지 못하게 하여, 물은 유출수를 통해서만 지하수로 되돌아간다.[18]
기후 변화로 인한 기온 상승과 강설량 감소는 인공 눈에 대한 의존도를 높인다. EPA는 2100년까지 전 세계적으로 기온이 0.3℃에서 4.8℃ 사이로 상승할 가능성이 있으며, 미국 평균 기온은 1.7℃에서 6.7℃ 사이로 상승할 것으로 예측한다.[23] 과학자들은 세기말까지 북반구의 눈 덮개가 15% 감소하고 적설량이 감소하며 눈이 오는 기간이 짧아질 것으로 예측한다.[23] 이러한 예측은 스키 리조트가 인공 눈에 더 많이 의존하게 하여 온실 가스 생산과 물 부족 문제를 심화시킬 수 있다. 2050년대까지 동계 올림픽과 동계 패럴림픽에 사용된 21개 장소 중 절반 미만이 안정적인 기상 조건을 갖게 될 것으로 예상된다.[24]
인공 눈은 자연 눈보다 녹는 데 약 2~3주 더 오래 걸려 지역 동식물에 새로운 위협을 야기한다.[20] 인공 눈 생산에 사용되는 물의 높은 미네랄 및 영양 성분은 토양 조성을 변화시켜 식생에 영향을 미친다.[20]
7. 1. 산악 저수지
산악 저수지는 지역 생태계에 상당한 피해를 초래하는 인공 눈 생성 기술 관련 주요 인프라 프로젝트이다.[18] 많은 산악 저수지는 지하 수도관에 물을 공급하는 제방 댐이며, 인근 주민과 생태계에 심각한 안전 위험을 초래한다.[18] 기존 저수지와 댐이 제기하는 위험 외에도, 산악 저수지는 눈사태, 급류, 산사태 등 다양한 산악 특유의 위험에 노출된다.[18] 약 20%의 산악 저수지가 눈사태 발생 가능성이 높은 지역에 건설되어 있으며, 약 50%는 매우 높은 위험에 노출되어 있다.[18] 또한, 산악 저수지는 매우 빠르게 물을 방출하여 대규모 홍수를 일으키고, 공공 안전을 심각하게 위협할 수 있다.[18] 이러한 위험의 심각성은 하류 지역의 인구와 재산에 미치는 잠재적 영향으로 인해 더욱 커진다.[18]7. 2. 물과 에너지 사용
인공눈을 만드는 데에는 많은 물과 에너지가 소모된다. 제설기는 일반적으로 1헥타르의 슬로프를 덮는 데 3,000~4,000㎥의 물을 필요로 한다.[18] 1㎥의 눈을 생산하는 데 약 400리터의 물이 필요하며, 이 물의 상당량은 증발로 인해 지하수로 되돌아가지 않는다.[20][21]1㎥의 눈을 생산하는 데 약 3.5~4.3kWh의 에너지가 필요하다.[22] 제설 작업은 스키 리조트 에너지 비용의 상당 부분을 차지하며, 평균적인 미국 스키 리조트의 경우 에너지 비용의 약 50%를 차지한다.[13]
7. 3. 지하수 및 식수 영향
스키 리조트는 인공 눈 생산에 종종 광물질화된 물을 사용하는데, 이는 주변 생태계와 지하수에 부정적인 영향을 미친다.[18] 산악 저수지는 종종 고도로 광물질화된 물로 채워지며, 이러한 저수지에서 흘러나오는 물은 지하수의 광물질 및 화학적 조성을 변화시켜 식수를 오염시킨다.[18] 게다가 산악 저수지는 물이 땅속으로 스며들지 못하게 하여, 물은 유출수를 통해서만 지하수로 되돌아간다.[18]7. 4. 기후 변화 영향
기후 변화로 인한 기온 상승과 강설량 감소는 인공 눈에 대한 의존도를 높인다. EPA는 2100년까지 전 세계적으로 기온이 0.3℃에서 4.8℃ 사이로 상승할 가능성이 있으며, 미국 평균 기온은 1.7℃에서 6.7℃ 사이로 상승할 것으로 예측한다.[23] 과학자들은 세기말까지 북반구의 눈 덮개가 15% 감소하고 적설량이 감소하며 눈이 오는 기간이 짧아질 것으로 예측한다.[23] 이러한 예측은 스키 리조트가 인공 눈에 더 많이 의존하게 하여 온실 가스 생산과 물 부족 문제를 심화시킬 수 있다. 2050년대까지 동계 올림픽과 동계 패럴림픽에 사용된 21개 장소 중 절반 미만이 안정적인 기상 조건을 갖게 될 것으로 예상된다.[24]인공 눈은 자연 눈보다 녹는 데 약 2~3주 더 오래 걸려 지역 동식물에 새로운 위협을 야기한다.[20] 인공 눈 생산에 사용되는 물의 높은 미네랄 및 영양 성분은 토양 조성을 변화시켜 식생에 영향을 미친다.[20]
8. 2차 효과
인공 눈 생산은 지역 경제에 긍정적인 영향을 미치고, 신체 활동 기회를 늘리며, 스포츠 경기 조건을 개선하는 등 긍정적인 외부 효과를 가져온다.[25] 인공 눈 덕분에 스키 리조트 운영 시간이 연장되어 사람들이 야외 신체 활동에 참여할 기회가 더 많아진다.[25] 스노우 건으로 만든 인공 눈은 자연 눈과 조성이 달라 겨울 스포츠 경기에 더 나은 조건을 제공하며,[2] 전문가들은 빠르고 "매우 접지력이 좋다"는 이유로 선호하지만, 동시에 넘어질 것에 대한 두려움도 갖는다.[26][27]
인공 눈 제조는 환경 문제 외에도 토지 이용, 문화적 갈등 등 다양한 부정적 외부 효과를 야기할 수 있다.[28] 많은 스키 리조트가 미국 산림청으로부터 산과 슬로프를 임대하는 과정에서 토지 사용 방식 및 적절한 사용 주체에 대한 문제가 제기된다.[28]
애리조나 스노우볼 사례는 부정적 문화적 외부 효과의 대표적인 예시이다.[28] 애리조나 스노우볼은 나바호 족을 비롯한 여러 아메리카 원주민 부족에게 신성한 장소인 샌프란시스코 봉우리에 위치해 있다.[28] 2004년, 애리조나 스노우볼은 새로운 스키 슬로프 건설과 인공 눈 생산 확대를 추진하면서 원주민 부족들과 갈등을 빚었다.[28] 원주민 부족들은 이 프로젝트가 산의 문화적, 영적 특성을 훼손할 것이라 주장하며 소송을 제기했지만, 2009년 패소했다.[28]
8. 1. 긍정적 효과
인공 눈 생산은 지역 경제에 긍정적인 영향을 미치고, 신체 활동 기회를 늘리며, 스포츠 경기 조건을 개선하는 등 긍정적인 외부 효과를 가져온다.[25] 인공 눈 덕분에 스키 리조트 운영 시간이 연장되어 사람들이 야외 신체 활동에 참여할 기회가 더 많아진다.[25] 스노우 건으로 만든 인공 눈은 자연 눈과 조성이 달라 겨울 스포츠 경기에 더 나은 조건을 제공하며,[2] 전문가들은 빠르고 "매우 접지력이 좋다"는 이유로 선호하지만, 동시에 넘어질 것에 대한 두려움도 갖는다.[26][27]8. 2. 부정적 효과
인공 눈 제조는 환경 문제 외에도 토지 이용, 문화적 갈등 등 다양한 부정적 외부 효과를 야기할 수 있다.[28] 많은 스키 리조트가 미국 산림청으로부터 산과 슬로프를 임대하는 과정에서 토지 사용 방식 및 적절한 사용 주체에 대한 문제가 제기된다.[28]애리조나 스노우볼 사례는 부정적 문화적 외부 효과의 대표적인 예시이다.[28] 애리조나 스노우볼은 나바호 족을 비롯한 여러 아메리카 원주민 부족에게 신성한 장소인 샌프란시스코 봉우리에 위치해 있다.[28] 2004년, 애리조나 스노우볼은 새로운 스키 슬로프 건설과 인공 눈 생산 확대를 추진하면서 원주민 부족들과 갈등을 빚었다.[28] 원주민 부족들은 이 프로젝트가 산의 문화적, 영적 특성을 훼손할 것이라 주장하며 소송을 제기했지만, 2009년 패소했다.[28]
9. 기타 용도
스웨덴어에서 "스노우 캐논"(Snökanon)이라는 구절은 호수 효과 강설 기상 현상을 지칭하는 데 사용된다. 예를 들어, 발트해가 1월에도 아직 얼지 않은 경우, 시베리아에서 불어오는 찬 바람이 상당한 강설량을 유발할 수 있다.
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